2021年12月09日 | tiny4412 UART 收发数据

Exynos4412 UART 的特性

Exynos4412 中UART，有4 个独立的通道，每个通道都可以工作于中断模式或DMA 模式，即 UART 可以发出中断或 DMA 请求以便在UART 、CPU 间传输数据。UART 由波特率发生器、发送器、接收器和控制逻辑组成。

使用系统时钟时，Exynos4412 的 UART 波特率可以达到 4Mbps 。波特率可以通过编程进行 。

Exynos4412 UART 的通道 0有 256 字节的发送 FIFO 和 256 字节的接收FIFO ；通道 1、4有 64 字节的发送 FIFO 和 64 字节的接收FIFO；通道 2、3有 16 字节的发送FIFO 和 16 字节 的接收 FIFO 。发送数据时， CPU 先将数据写入发送FIFO 中，然后 UART 会自动将FIFO 中的数据复制到“发送移位器” (Transmit Shifter )中，发送移位器将数据一位一位地发送到 TxDn 数据线上 (根据设定的格式，插入开始位 、较验和停止)。接收数据时，“移位器” (Receive Shifter )将 RxDn 数据线上的数据一位一位的接收进来，然后复制到FIFO 中， CPU即可从中读取数据。

Exynos4412 UART的每个通道支持停止位有 1位、 2位，数据位有 5、6、7或 8位，支持校验功能，另外还有红外发送 /接收功能。

Exynos4412 UART结构图

声明

以后没有特殊说明，程序结构都和《Tiny4412裸机程序之代码在DDR SDRAM中运行》时的一样。

整个程序的运行过程大致如下：系统上电后，首先将sd卡扇区1处的bl1拷贝到IRAM的0x02020000地址处，然后运行该部分代码，该部分代码首先又会加载BL2.bin，BL2.bin会进行时钟和DRAM初始化，然后把位于sd卡中扇区49处的main.bin拷贝到DRAM的0x43E00000地址处，最后跳转到该地址处继续运行。

uart初始化步骤：

1.将所涉及的UART通道管脚设为UART功能

比如 UART 通道 0中， GPA0_0 、GPA0_1 分别用作 RXD0 、TXD0，要使用 UART 通道 0时，先设置 GPA0CON 寄存器将 GPA0_0 、GPA0_1 引脚的功能设为 RXD0 、TXD0 。

2. 选择UART的时钟源

Exynos4412 UART的时钟源有八种选择： XXTI 、XusbXTI 、SCLK_HDMI24M 、SCLK_USBPHY0 、 SCLK_HDMIPHY 、SCLKMPLL_USER_T 、SCLKEPLL 、SCLKVPLL ，由 CLK_SRC_PERIL0 寄存器控制。
选择好时钟源后，还可以通过 DIVUART0 ～4设置分频系数 设置分频系数 ，由 CLK_DIV_PERIL0 寄存器控制。 从分频器得到的时钟被称为SCLK UART 。

SCLK UART 经过上图中的“ UCLK Generator”后，得到UCLK ，它的频率就是UART 的波特率。“ Generator UCLK Generator ”通过这 2个寄存器来设置： UBRDEVn 、UFRACVALn (在下面描述 在下面描述 )。

3. 设置波特率：UBRDIVn寄存器(UART BAUD RATE DIVISOR)、UFRACVALn寄存器

根据给定的波特率、所选择时钟源频率，可以通过以下公式计算 UBRDIVn 寄存器 (n 为 0～4，对应 5个 UART 通道 )的值。

UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) – 1

上式计算出来的 UBRDIVn 寄存器值不一定是整数， UBRDIVn 寄存器取其整数部分，小部分由 UFRACVALn 寄存器设置， UFRACVALn 寄存器的引入，使产生波特率更加精确。

例如，当UART clock为100MHz时，要求波特率为115200 bps，则：

100000000/(115200 x 16) – 1 = 54.25 – 1 = 53.25

UBRDIVn = 整数部分 = 53

UFRACVALn/16 = 小数部分 = 0.25

UFRACVALn = 4

4. 设置传输格式：ULCONn寄存器(UART LINE CONTROL)

ULCONn 寄存器 (n 为 0～4) 格式如下图所示：

5. 设置UART工作模式：UCONn寄存器(UART CONTROL)

6. UFCONn寄存器(UART FIFO CONTROL)、UFSTATn寄存器(UART FIFO STATUS)

UFCON n寄存器用于设置是否使用FIFO，设置各 FIFO的触发阀值，即发送 FIFO中有多少个数据时产生中断、接收 FIFO 中有多少个数据时产生中断。并可以通过设置UFCON n寄存器来复位各个 FIFO 。

读取 UFSTAT n寄存器可以知道各个 FIFO 是否已经满、其中有多少个数据。

不使用 FIFO 时，可以认为 FIFO 的深度为1，使用 FIFO 时 Exynos4412 的 FIFO 深度最高可达到256 。

7. UMCONn寄存器(UART MODEM CONTROL)、UMSTATn寄存器(UART MODEM STATUS)

这两类寄存器用于流量控制，里不介绍。

8. UTRSTATn寄存器(UART TX/RX STATUS)

UTRSTAT n寄存器用来表明数据是否已经发送完毕、是否已经接收到数据，格式如下表所示，下面说的“缓冲区”，其实就是下图中的 FIFO ，不使用 FIFO 功能时可以认为其深度为 1。

9. UERSTATn寄存器(UART ERROR STATUS)

用来表示各种错误是否发生，位 [0] 至位 [3] 为 1时分别表示溢出错误、校验错误、帧错误、检测到“ break ”信号。读取这个寄存器时，它会自动清 0。

需要注意的是，接收数据时如果使用 FIFO ，则 UART 内部会使用一个“错误 FIFO ”来表明接收 FIFO 中哪个数据在接收过程发生了错误。 CPU 只有在读出这个错误的数据时，才会觉察到发生了错误 。要想清除“FIFO ”，则必须读出错误的数据，并读出UERSTATn 寄存器。

10. UTXHn寄存器(UART TRANSMIT BUFFER REGISTER)

CPU 将数据写入这个寄存器， UART即会将它保存到缓冲区中，并自动发送出去。

11. URXHn寄存器(UART RECEIVE BUFFER REGISTER)

当 UART 接收到数据时，读取这个寄存器，即可获得数据。

程序说明

1. UART时钟源

如在《Tiny4412裸机程序，时钟操作》试验里对 MPLL 进行了设置 ，本程序使用相同的 PLL 设置代码 (文件 system_clock.c 中的 system_clock_init函数 )：

1. MPLL_CON0 = (1<<31 | 0x64<<16 | 0x3<<8 | 0x0);  

2. ...............  

3. CLK_SRC_DMC = 0x00011000;  

4. ..............  

5. CLK_SRC_TOP1 = 0x01111000;  

第 1 行设置MPLL 输出 800MHz，计算公式如下：

FOUT = MDIV x FIN / (PDIV x 2 ^ SDIV) = 0x64 x 24MHz / (3 x 2^ 0) = 800MHz

第5行设置CLK_SRC_DMC 寄存器的  bit[12] 即 MUXMPLL设置为 1，使得 SCLKMPLL 使用 MPLL的输出，即  800MHz 。

第9行设置CLK_SRC_TOP1 寄存器的bit[12] 即 MUX_MPLL_USER_SEL_T为 1，使得 SCLKMPLL_USER_T 使用 SCLKMPLL ，即 800MHz 。

下图摘自芯片手册时钟管理单元的章节， 图中 MUXMPLL 和 MUXMPLL_CTRL_USER_T 都被设置为 1，所以 SCLKMPLL_USER_T 就等于 MPLL 的输出，也就是 800MHz 。

SCLKMPLL_USER_T 将作为整个UART 模块的时钟源。

2. UART的初始化

如上init.c文件所示，注释非常详细，不做说明。

3. UART的使用

对 UART 的使用，不外乎读取数据、输出。这由 getc 、putc 函数来实现：

1. // GPIO    

2. #define GPA0CON (*(volatile unsigned int *)0x11400000)    

3. // system clock    

4. #define CLK_SRC_PERIL0 (*(volatile unsigned int *)0x1003C250)    

5. #define CLK_DIV_PERIL0 (*(volatile unsigned int *)0x1003C550)    

6. // UART    

7. #define UFCON0      (*(volatile unsigned int *)0x13800008)    

8. #define ULCON0      (*(volatile unsigned int *)0x13800000)    

9. #define UCON0       (*(volatile unsigned int *)0x13800004)    

10. #define UBRDIV0     (*(volatile unsigned int *)0x13800028)    

11. #define UFRACVAL0   (*(volatile unsigned int *)0x1380002c)    

12. #define UTXH0       (*(volatile unsigned int *)0x13800020)    

13. #define URXH0       (*(volatile unsigned int *)0x13800024)      

14. #define UTRSTAT0    (*(volatile unsigned int *)0x13800010)    

15.     

16. #define CLK_SRC_DMC     (*(volatile unsigned int *)0x10040200)    

17. #define MPLL_LOCK       (*(volatile unsigned int *)0x10040000)    

18. #define MPLL_CON0       (*(volatile unsigned int *)0x10040108)  

19. #define MPLL_CON1       (*(volatile unsigned int *)0x1004010C)  

20.   

21. static void uartInit()    

22. {    

23.     /* 1.设置相应的GPIO用于串口功能 */    

24.     unsigned long tmp = 0;    

25.          

26.     tmp = GPA0CON;    

27.     tmp &= ~(0xff); //设置UART0对应的GPIO为UART功能    

28.     tmp |= 0x22;    

29.     GPA0CON = tmp;    

30.          

31.     /* 2.设置 UART 时钟源 SCLK_UART */    

32.     CLK_SRC_PERIL0 = ((0 << 24) | (0 << 20) | (6 << 16) | (6 << 12) | (6<< 8) | (6 << 4) | (6));    

33.          

34.     /* 分频系数 = 7+1 = 8 CLK_DIV_PERIL0 : bit[3:0]即UART0_RATIO=7,所以SCLK_UART0=MOUTUART0/(7+1)=100MHz */    

35.     CLK_DIV_PERIL0 = ((7 << 20) | (7 << 16) | (7 << 12) | (7 << 8) | (7 << 4) | (7));    

36.       

37.     /* 设置MPLL 为 800 MHz */  

38.     CLK_SRC_DMC = 0x0;  

39.     MPLL_LOCK   = 270 * 3;    

40.     MPLL_CON0   = 0x80640300;  

41.     MPLL_CON1   = 0x00803800;  

42.     CLK_SRC_DMC = 0x00011000;  

43.       

44.     /* 3.设置串口0相关 设置FIFO中断触发阈值 32使能FIFO */    

45.     UFCON0 = 0x111;    

46.          

47.     /* 设置数据格式: 8n1, 即8个数据位,没有较验位,1个停止位 */    

48.     ULCON0 = 0x3;    

49.          

50.     /* 工作于中断/查询模式,另一种是DMA模式,本章不使用 */    

51.     UCON0 = 0x5;    

52.          

53.     /* 

54.      * SCLK_UART0=100MHz, 波特率设置为115200  

55.      * 寄存器的值如下计算:  

56.      * DIV_VAL = 100,000,000 / (115200 * 16) - 1 = 53.25  

57.      * UBRDIVn0 = 整数部分 = 53  

58.      * UFRACVAL0 = 小数部分 x 16 = 0.25 * 16 = 4  

59.      */    

60.     UBRDIV0 = 53;    

61.     UFRACVAL0 = 4;       

62. }    

63.      

64. static char getchar(void)    

65. {    

66.     char c;    

67.     /* 查询状态寄存器，直到有有效数据 */    

68.     while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));    

69.          

70.     c = URXH0; /* 读取接收寄存器的值 */    

71.          

72.     return c;    

73. }