十六、S3C2440裸机—UART

16.1 介绍

　　UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter），通用异步收发器，用来传输穿行数据时

　　UART 之间以全双工方式传输数据，连线方法只有 3 根电线：TXD 用于发送数据，RXD 用于接收数据，GND用于给双方提供参考地。

　　串口数据线以 “位”为最小单位传输数据。帧（frame）由具有完整意义的、不可分割的若干位组成，它包含开始位、数据位、校验位和停止位。

　　UART 使用标准的 TTL/CMOS 逻辑电平（0~5V、0~3.3V、0~2.5V 或 0~1.8V）来表示数据，高电平表示1，低电平表示0。为了增强数据的抗干扰能力、提高传输长度，通常将 TLL/CMOS 逻辑电平转换位 RS-232 逻辑电平，3~12V 表示0，-3~-12V 表示1。

　　数据的传输流程如下：

1.  平时数据处于 空闲 状态

2. 当要发送数据时，UART 改变 TXD 数据线的状态（变为 0 状态）并维持 1 位的时间，这样接收方检测到开始位后，再等待 1.5 位的时间就开始一位一位地检测数据线的状态得到所传输的数据

3. UART 一帧中可以由5、6、7或8位的数据，发送方一位一位的改变数据线的状态将它们发送出去，首先发送最低位

4. 如果使用校验功能，UART 在发送完数据位后，还要发送一个校验位。有两种校验方法：奇校验、偶校验——数据位连同校验位中，“1”的数目等于奇数或偶数

5. 最后，发送停止位，数据线恢复到“空闲”状态（1状态）。停止位的长度有3种：1位、1.5位、2位　　

16.2 S3C2440 UART 特性

　　S3C2440 UART 中有3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，UART的波特率可以达到 115.2Kbit/s，若使用 UEXTCLK 引脚提供的外部时钟，则可以达到更高的波特率。波特率可以通过编程进行控制。

　　S3C2440 UART 的 FIFO 深度位64.。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的发送到 TXDn 数据线上（根据设定的格式，插入开始位、校验位和停止位）。接收数据时，“接收移位器”（Receive Shifter）将RXDn 数据线上的数据一位一位接收进来，然后复制到接收 FIFO 中，CPU 即可以从中读取数据。

　　S3C2440 UART 的每个通道支持的停止位有 1 位、2位，数据位有5、6、7、8位，支持校验功能，另外还有红外发送/接收功能。

　　UART 结构图如下：

　　其他说明见芯片手册第11章节

16.3 程序

　　uart.lds

1 SECTIONS {

2     . = 0x30000000;

3     .text          :   { *(.text) }

4     .rodata ALIGN(4) : {*(.rodata)} 

5     .data ALIGN(4) : { *(.data) }

6     .bss ALIGN(4)  : { *(.bss)  *(COMMON) }

7 }

　　s3c24xx.h

 1 /* WOTCH DOG register */

 2 #define     WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)

 3 

 4 /* SDRAM regisers */

 5 #define     MEM_CTL_BASE    0x48000000

 6 #define     SDRAM_BASE      0x30000000

 7 

 8 /* NAND Flash registers */

 9 #define NFCONF              (*(volatile unsigned int  *)0x4e000000)

10 #define NFCMD               (*(volatile unsigned char *)0x4e000004)

11 #define NFADDR              (*(volatile unsigned char *)0x4e000008)

12 #define NFDATA              (*(volatile unsigned char *)0x4e00000c)

13 #define NFSTAT              (*(volatile unsigned char *)0x4e000010)

14 

15 /*GPIO registers*/

16 #define GPBCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000010)

17 #define GPBDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000014)

18 

19 #define GPFCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000050)

20 #define GPFDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000054)

21 #define GPFUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000058)

22 

23 #define GPGCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000060)

24 #define GPGDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000064)

25 #define GPGUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000068)

26 

27 #define GPHCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000070)

28 #define GPHDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000074)

29 #define GPHUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000078)

30 

31 

32 

33 /*UART registers*/

34 #define ULCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000000)

35 #define UCON0               (*(volatile unsigned long *)0x50000004)

36 #define UFCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000008)

37 #define UMCON0              (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)

38 #define UTRSTAT0            (*(volatile unsigned long *)0x50000010)

39 #define UTXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000020)

40 #define URXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000024)

41 #define UBRDIV0             (*(volatile unsigned long *)0x50000028)

42 

43 

44 /*interrupt registes*/

45 #define SRCPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000000)

46 #define INTMOD              (*(volatile unsigned long *)0x4A000004)

47 #define INTMSK              (*(volatile unsigned long *)0x4A000008)

48 #define PRIORITY            (*(volatile unsigned long *)0x4A00000c)

49 #define INTPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000010)

50 #define INTOFFSET           (*(volatile unsigned long *)0x4A000014)

51 #define SUBSRCPND           (*(volatile unsigned long *)0x4A000018)

52 #define INTSUBMSK           (*(volatile unsigned long *)0x4A00001c)

53 

54 /*external interrupt registers*/

55 #define EINTMASK            (*(volatile unsigned long *)0x560000a4)

56 #define EINTPEND            (*(volatile unsigned long *)0x560000a8)

57 

58 /*clock registers*/

59 #define    LOCKTIME        (*(volatile unsigned long *)0x4c000000)

60 #define    MPLLCON        (*(volatile unsigned long *)0x4c000004)

61 #define    UPLLCON        (*(volatile unsigned long *)0x4c000008)

62 #define    CLKCON        (*(volatile unsigned long *)0x4c00000c)

63 #define    CLKSLOW        (*(volatile unsigned long *)0x4c000010)

64 #define    CLKDIVN        (*(volatile unsigned long *)0x4c000014)

65 

66 

67 /*PWM & Timer registers*/

68 #define    TCFG0        (*(volatile unsigned long *)0x51000000)

69 #define    TCFG1        (*(volatile unsigned long *)0x51000004)

70 #define    TCON        (*(volatile unsigned long *)0x51000008)

71 #define    TCNTB0        (*(volatile unsigned long *)0x5100000c)

72 #define    TCMPB0        (*(volatile unsigned long *)0x51000010)

73 #define    TCNTO0        (*(volatile unsigned long *)0x51000014)

74 

75 #define GSTATUS1    (*(volatile unsigned long *)0x560000B0)

　　serial.h

1 void uart0_init(void);

2 void putc(unsigned char c);

3 unsigned char getc(void);

4 int isDigit(unsigned char c);

5 int isLetter(unsigned char c);

　　head.S

 1 @******************************************************************************

 2 @ File：head.S

 3 @ 功能：设置SDRAM，将程序复制到SDRAM，然后跳到SDRAM继续执行

 4 @******************************************************************************       

 5    

 6 .extern     main

 7 .text 

 8 .global _start 

 9 _start:

10 Reset:                  

11     ldr sp, =4096           @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈

12     bl  disable_watch_dog   @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启

13     bl  clock_init          @ 设置MPLL，改变FCLK、HCLK、PCLK

14     bl  memsetup            @ 设置存储控制器以使用SDRAM

15     bl  copy_steppingstone_to_sdram     @ 复制代码到SDRAM中

16     ldr pc, =on_sdram                   @ 跳到SDRAM中继续执行

17 on_sdram:

18     ldr sp, =0x34000000     @ 设置栈指针

19     ldr lr, =halt_loop      @ 设置返回地址

20     ldr pc, =main           @ 调用main函数

21 halt_loop:

22     b   halt_loop

　　init.c

 1 /*

 2  * init.c: 进行一些初始化

 3  */ 

 4 

 5 #include 's3c24xx.h'

 6  

 7 void disable_watch_dog(void);

 8 void clock_init(void);

 9 void memsetup(void);

10 void copy_steppingstone_to_sdram(void);

11 

12 /*

13  * 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启

14  */

15 void disable_watch_dog(void)

16 {

17     WTCON = 0;  // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可

18 }

19 

20 #define S3C2410_MPLL_200MHZ     ((0x5c<<12)|(0x04<<4)|(0x00))

21 #define S3C2440_MPLL_200MHZ     ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))

22 /*

23  * 对于MPLLCON寄存器，[19:12]为MDIV，[9:4]为PDIV，[1:0]为SDIV

24  * 有如下计算公式：

25  *  S3C2410: MPLL(FCLK) = (m * Fin)/(p * 2^s)

26  *  S3C2440: MPLL(FCLK) = (2 * m * Fin)/(p * 2^s)

27  *  其中: m = MDIV + 8, p = PDIV + 2, s = SDIV

28  * 对于本开发板，Fin = 12MHz

29  * 设置CLKDIVN，令分频比为：FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4，

30  * FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz

31  */

32 void clock_init(void)

33 {

34     // LOCKTIME = 0x00ffffff;   // 使用默认值即可

35     CLKDIVN  = 0x03;            // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1

36 

37     /* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */

38 __asm__(

39     'mrc    p15, 0, r1, c1, c0, 0n'        /* 读出控制寄存器 */ 

40     'orr    r1, r1, #0xc0000000n'          /* 设置为“asynchronous bus mode” */

41     'mcr    p15, 0, r1, c1, c0, 0n'        /* 写入控制寄存器 */

42     );

43 

44     /* 判断是S3C2410还是S3C2440 */

45     if ((GSTATUS1 == 0x32410000) || (GSTATUS1 == 0x32410002))

46     {

47         MPLLCON = S3C2410_MPLL_200MHZ;  /* 现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz */

48     }

49     else

50     {

51         MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ;  /* 现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz */

52     }       

53 }

54 

55 /*

56  * 设置存储控制器以使用SDRAM

57  */

58 void memsetup(void)

59 {

60     volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;

61 

62     /* 这个函数之所以这样赋值，而不是像前面的实验(比如mmu实验)那样将配置值

63      * 写在数组中，是因为要生成”位置无关的代码”，使得这个函数可以在被复制到

64      * SDRAM之前就可以在steppingstone中运行

65      */

66     /* 存储控制器13个寄存器的值 */

67     p[0] = 0x22011110;     //BWSCON

68     p[1] = 0x00000700;     //BANKCON0

69     p[2] = 0x00000700;     //BANKCON1

70     p[3] = 0x00000700;     //BANKCON2

71     p[4] = 0x00000700;     //BANKCON3  

72     p[5] = 0x00000700;     //BANKCON4

73     p[6] = 0x00000700;     //BANKCON5

74     p[7] = 0x00018005;     //BANKCON6

75     p[8] = 0x00018005;     //BANKCON7

76     

77                                             /* REFRESH,

78                                              * HCLK=12MHz:  0x008C07A3,

79                                              * HCLK=100MHz: 0x008C04F4

80                                              */ 

81     p[9]  = 0x008C04F4;

82     p[10] = 0x000000B1;     //BANKSIZE

83     p[11] = 0x00000030;     //MRSRB6

84     p[12] = 0x00000030;     //MRSRB7

85 }

86 

87 void copy_steppingstone_to_sdram(void)

88 {

89     unsigned int *pdwSrc  = (unsigned int *)0;

90     unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30000000;

91     

92     while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)

93     {

94         *pdwDest = *pdwSrc;

95         pdwDest++;

96         pdwSrc++;

97     }

98 }

　　serial.c

 1 #include 's3c24xx.h'

 2 #include 'serial.h'

 3 

 4 #define TXD0READY   (1<<2)

 5 #define RXD0READY   (1)

 6 

 7 #define PCLK            50000000    // init.c中的clock_init函数设置PCLK为50MHz

 8 #define UART_CLK        PCLK        //  UART0的时钟源设为PCLK

 9 #define UART_BAUD_RATE  115200      // 波特率

10 #define UART_BRD        ((UART_CLK  / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)

11 

12 /*

13  * 初始化UART0

14  * 115200,8N1,无流控

15  */

16 void uart0_init(void)

17 {

18     GPHCON  |= 0xa0;    // GPH2,GPH3用作TXD0,RXD0

19     GPHUP   = 0x0c;     // GPH2,GPH3内部上拉

20 

21     ULCON0  = 0x03;     // 8N1(8个数据位，无较验，1个停止位)

22     UCON0   = 0x05;     // 查询方式，UART时钟源为PCLK

23     UFCON0  = 0x00;     // 不使用FIFO

24     UMCON0  = 0x00;     // 不使用流控

25     UBRDIV0 = UART_BRD; // 波特率为115200

26 }

27 

28 /*

29  * 发送一个字符

30  */

31 void putc(unsigned char c)

32 {

33     /* 等待，直到发送缓冲区中的数据已经全部发送出去 */

34     while (!(UTRSTAT0 & TXD0READY));

35     

36     /* 向UTXH0寄存器中写入数据，UART即自动将它发送出去 */

37     UTXH0 = c;

38 }

39 

40 /*

41  * 接收字符

42  */

43 unsigned char getc(void)

44 {

45     /* 等待，直到接收缓冲区中的有数据 */

46     while (!(UTRSTAT0 & RXD0READY));

47     

48     /* 直接读取URXH0寄存器，即可获得接收到的数据 */

49     return URXH0;

50 }

51 

52 /*

53  * 判断一个字符是否数字

54  */

55 int isDigit(unsigned char c)

56 {

57     if (c >= '0' && c <= '9')

58         return 1;

59     else

60         return 0;       

61 }

62 

63 /*

64  * 判断一个字符是否英文字母

65  */

66 int isLetter(unsigned char c)

67 {

68     if (c >= 'a' && c <= 'z')

69         return 1;

70     else if (c >= 'A' && c <= 'Z')

71         return 1;       

72     else

73         return 0;

74 }

　　main.c

 1 #include 'serial.h'

 2 

 3 int main()

 4 {

 5     unsigned char c;

 6     uart0_init();   // 波特率115200，8N1(8个数据位，无校验位，1个停止位)

 7 

 8     while(1)

 9     {

10         // 从串口接收数据后，判断其是否数字或子母，若是则加1后输出

11         c = getc();

12         if (isDigit(c) || isLetter(c))

13             putc(c+1);

14     }

15 

16     return 0;

17 }