2021年12月10日 | Exynos4412裸机开发 —— UART

一、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：

二、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)。

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，这里不介绍。

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。

三、示例程序编写

下面是一个小demo,实现在终端上的回显功能，并通过在终端上输入“beep_on”、"beep_off"实现蜂鸣器的开启和停止：

头文件定义：

1. /*****************************************    UART  * *************************************/  

2. /* UART0*/  

3. typedef struct {  

4.                 unsigned int ULCON0;  

5.                 unsigned int UCON0;  

6.                 unsigned int UFCON0;  

7.                 unsigned int UMCON0;  

8.                 unsigned int UTRSTAT0;  

9.                 unsigned int UERSTAT0;  

10.                 unsigned int UFSTAT0;  

11.                 unsigned int UMSTAT0;  

12.                 unsigned int UTXH0;  

13.                 unsigned int URXH0;  

14.                 unsigned int UBRDIV0;  

15.                 unsigned int UFRACVAL0;  

16.                 unsigned int UINTP0;  

17.                 unsigned int UINTSP0;  

18.                 unsigned int UINTM0;  

19. }uart0;  

20. #define UART0 ( * (volatile uart0 *)0x13800000 )  

UART.c

1. #include "exynos_4412.h"  

2. #include "pwm.h"  

3.   

4. void mydelay_ms(int time)  

5. {  

6.     int i, j;  

7.     while(time--)  

8.     {  

9.         for (i = 0; i < 5; i++)  

10.             for (j = 0; j < 514; j++);  

11.     }  

12. }  

13.   

14. int strcmp(const char *src, const char *des)  

15. {  

16.     while(*src || *des)  

17.     {  

18.         if(*src > *des)  

19.             return 1;  

20.         else if(*src < *des)  

21.             return -1;  

22.         else  

23.         {  

24.             src++;  

25.             des++;  

26.         }  

27.     }  

28.     return 0;  

29. }  

30.   

31. void uart0_init()  

32. {  

33.   

34.     /*UART0 initialize*/  

35.     GPA0.CON = (GPA0.CON & ~0xFF ) | (0x22); //GPA1_0:RX;GPA1_1:TX  

36.   

37.     UART0.ULCON0 = 0x3; //Normal mode, No parity,One stop bit,8 data bits  

38.     UART0.UCON0 = 0x5;  //Interrupt request or polling mode  

39.     //Baud-rate : src_clock:100Mhz  

40.     UART0.UBRDIV0 = 53;  

41.     UART0.UFRACVAL0 = 0x4;  

42. }  

43.   

44. void putc0(const char data)  

45. {  

46.     while(!(UART0.UTRSTAT0 & 0X2));  

47.     UART0.UTXH0 = data;  

48.     if (data == 'n')  

49.             putc0('r');  

50. }  

51. char getc0(void)  

52. {  

53.     char data;  

54.     while(!(UART0.UTRSTAT0 & 0x1));  

55.     data = UART0.URXH0;  

56.     if ((data == 'n') || (data == 'r'))  

57.     {  

58.         putc0('n');  

59.         putc0('r');  

60.     }  

61.     else  

62.         putc0(data);  

63.   

64.     return data;  

65. }  

66. void puts0(const  char  *pstr)  

67. {  

68.     while(*pstr != '')  

69.         putc0(*pstr++);  

70. }  

71.   

72. void gets0(char *p)  

73. {  

74.     char data;  

75.     while((data = getc0())!= 'r')  

76.         *p++ = data;  

77.     if(data == 'r')  

78.         *p++ = 'r';  

79.     *p = '';  

80. }  

81.   

82.   

83. /* 

84.  *  裸机代码，不同于LINUX 应用层， 一定加循环控制 

85.  */  

86. int main (void)  

87. {  

88.     char ch[20];  

89.     pwm_init();  

90.     uart0_init();  

91.     char *q = "hello UART!";  

92.     puts0(q);  

93.     while(1)