• JZ2440 裸机驱动 第11章 通用异步收发器UART


    本章目标:

    了解UART原理;
    掌握S3C2410/S3C2440中UART的使用

    11.1 UART原理及UART内部使用方法

    11.1.1 UART原理说明

        UART用于传输串行数据:
        发送数据时,CPU将并行数据写入UART,UART按照一定的格式在一根电线上串行发出;
        接收数据时,UART检测另一根电线上的信号,将串行收集放在缓冲区中,CPU即可读取
    UART获得这些数据。
        UART之间以全双工方式传输数据,最精简的连接方式只有3根线:TxD、RxD、Gnd。
        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.为了增强数据抗干扰能力、提高传输长度,通常将TTL/CMOS
    逻辑电平转换为RS-232逻辑电平,3~12V表示0,-3~-12V表示1。

    11.1.2 S3C2410/S3C2440 UART的特性

        S3C2410/S3C2440中UART功能类似,有3个独立的通道,每个通道都可以工作于中断
    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,S3C2410的UART波特率可以达到230.4Kbit/s,S3C2440则可以达到
    115.2Kbit/s;如果使用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。
        S3C2410 UART的每个通道都有16字节的发送FIFO和16字节的接收FIFO,S3C2440 UART
    的FIFO深度为64。
        S3C2410/S3C2440 UART的每个通道支持的停止位有1、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。

    11.1.3 S3C2410/S3C2440 UART的使用

        在使用UART之前需要设置波特率、传输格式(多少数据位、是否使用校验位、是奇校验
    还是偶校验、有多少停止位、是否使用流量控制);对于S3C2410/S3C2440,还要选择所涉及
    管脚为UART功能、选择UART通道的工作模式为中断模式或DMA模式。设置好之后,向某个寄存器
    中写入数据即可发送,读取某个寄存器即可得到接收到的数据。可以通过查询状态寄存器或
    设置中断来获知数据是否已经发送完毕、是否已经接收到数据。
        针对上述过程,下面一一说明。
    1.将所涉及的UART通道管脚设为UART功能
    2.UBRDIVn寄存器(UART BAUD RATE DIVISOR):设置波特率
        S3C2410 UART 的时钟源有两种选择:PCLK、UEXTCLK;S3C2440 UART的时钟源有
    三种选择:PCLK、UEXTCLK、FCLK/n,其中n的值通过UCON0~UCON2联合设置。
        根据给定的波特率、所选择的时钟源的频率,可以通过如下公式计算UBRDIVn寄
    存器(n为0~2,对应3个UART通道)的值。
        UBRDIVn = (int)(UART clock / (buad rate * 16)) - 1
        上面计算出来的UBRDIVn寄存器不一定是整数,只要其误差在1.87%之内即可。误
    差计算公式如下:
        tUPCLK = (UBRDIVn + 1) * 16 * 1Frame/(UART clock)    //实际的UART时钟
        tUEXACT = 1Frame / baud-rate                  //理论的UART时钟
        UART error = (tUPCLK - tUEXACT) / tUEXACT * 100%     //误差
    3.ULCONn寄存器(n:0~2)(UART LINE CONTROL):设置传输格式
    4.UCONn寄存器(UART CONTROL)
        UCONn寄存器用于选择UART时钟源、设置UART中断方式等。由于S3C2410的UART
    只有两个时钟源,S3C2440有3个时钟源,所以在选择和设置时钟源时有所不同。
        S3C2410的UCONn寄存器格式如下表11.2所示。
        S3C2440的UCONn寄存器在UART时钟的选择方面与S3C2410有所不同,从位[10]往上
    的位含义不一样,并且原来的位[4]用于徐娜则是否发出“break”信号,这些位的含义
    如表11.3所示。
        UCON0、UCON1、UCON2这三个寄存器的位[15:12]一起用来确定n的值,它们的意义如下。
        (1)UCON2[15]:“FCLK/n”使能位。
        它等于0时,禁止使用“FCLK/n”作为UART时钟源;等于1时,可以用作UART时钟源。
        (2)n的值设置。
        UCON0[15:12]、UCON1[15:12]、UCON2[14:12]三者用于设置n的值,当其中一个被射程非
    0时,其他两个必须为0.
        ① n的值处于7~21处时,UART时钟 = FCLK/(divider + 6),divider 为UCON0[15:12]的值,大于0。 
        ② n的值处于22~36时,UART时钟 = FCLK/(divider + 21),divider为UCON1[15:12]的值,大于0。
        ③ n的值处于37~43时,UART时钟 = FCLK/(divider + 36),divider为UCON2[14:12]的值,大于0.
        ④ UCON0[15:12]、UCON1[15:12]、UCON2[14:12]都等于0时,UART时钟:FCLK/44。
    5.UFCONn寄存器(UART FIFO CONTROL)、UFSTATn寄存器(UART FIFO STATUS)
        UFCONn寄存器用于设置是否使用FIFO,设置个FIFO的触发值。并可以通过设置UFCONn
    寄存器来复位个寄存器。
        读取UFSTATn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,S3C2410的FIFO深度为16,
    S3C2440的FIFO深度为64.这两类寄存器各位的含义请参考数据手册,后面的实例部分没有
    使用FIFO。
    6.UMCONn寄存器(UART MODEM CONTROL)、UMSTATn寄存器(UART MODEM STATUS)
        这两类寄存器用于流控,这里不介绍。
    7.UTRSTATn寄存器(UART TX/RX STATUS)
        UTRSTATn寄存器用于表明数据是否已经发送完毕、是否已经接收到数据,格式如表11.4
    所示。缓冲区起始就是图11.3中的FIFO,只不过不使用FIFO功能时可以认为其深度为1。
    8.UERSTATn寄存器(UART ERROR STATUS)
        用于表示各种错误是否发生,位[0]~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,它会自动清零。
        注意: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中发生了错误。CPU只有在读出这个错误的数据时,才会察觉到发生了错
    误。要想清除“错误FIFO”,则必须读出错误的数据,并读出UERSTATn寄存器。
    9.UTXHn寄存器(UART TRANSMIT BUFFER REGISTER)
        CPU将数据写入这个寄存器,UART即将它保存到缓冲区中,并自动发送出去。
    10.URXHn寄存器(UART RECEIVE BUFFER REGISTER)
        当UART接收到数据时,CPU读取这个寄存器,即可获得数据。

    11.2 UART 操作实例

    11.2.1 代码详解

        本实例代码在/work/hardware/uart目录下。目的是在串口上输入一个字符,单板收到后将
    它的ASCII值加1后,从串口输出。
        首先设置MPLL提高系统时钟,令PCLK为50MHz,UART将选择PCLK作为时钟源。将代码复制到
    SDRAM之后,调用main函数。这些代码与第10章相似。重点在于main函数对UART0的初始化、收发
    数据,这由3个函数实现:usat0_init、getc和putc,它们在serial.c文件中。
    1.UART初始化
        uart0_init函数代码如下:
     1 #define PCLK              50000000    //init.c中的clock_init函数设置PCLK为50MHz
     2 #define UART_CLK          PCLK        //UART0的时钟源设为PCLK
     3 #define UART_BAUD_RATE    115200      
     4 #define UART_BRD          ((UART_CLK / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)
     5 
     6 /*
     7 *初始化UART0
     8 *115200, 8N1, 无流控
     9 */
    10 void uart0_init(void)
    11 {
    12     GPHCON |= 0xa0;    //GPH2、GPH3用作TXD0、RXD0
    13     GPHUP   = 0x0c;    //GPH2、GPH3内部上拉
    14     
    15     ULCON0 = 0x03;    //波特率:115200,8N1
    16     UCON0  = 0x05;    //查询方式,UART时钟源为PCLK
    17     UFCON0 = 0x00;    //不使用FIFO
    18     UMCON0 = 0x00;    //不使用流控
    19     UBRDIV0 = UART_BRD;    //波特率:115200
    20 }
    serial.c->uart0_init()
    2.发送字符的函数
        本实例不使用FIFO,发送字符前,先判断上一个字符是否已经发送出去。如果没有,
    则不断查询UTRSTAT0寄存器的位[2],当它为1时表示已经发送完毕。于是,即可向UTXH0寄
    存器中写入要发送的字符。代码如下(宏TXD0READY被定义为“(1 << 2)”):
     1 /*
     2 *发送一个字符
     3 */
     4 void putc(unaigned char c)
     5 {
     6     /*等待,直到发送缓冲区中的数据已经全部发送出去*/
     7     while(!(UTRSTAT0 & TXD0READY));
     8     
     9     /*向UTXH0寄存器中写数据,UART自动将其发送出去*/
    10     UTXH0 = c;
    11 }
    serial.c->putc()
    3.接收字符的函数
        试图读取数据前,先查询UTRSTAT0寄存器的位[1],当它为1时,表示接收缓冲区中有数据。
    于是,即可读取URXH0得到数据。代码如下(宏RXD0READY被定义为“(1)”):
     1 /*
     2 *接收字符
     3 */
     4 unsigned char getc(void)
     5 {
     6     /*等待,知道接收缓冲区中有数据*/
     7     while(!(UTRSTAT0 & RXD0READY));
     8     
     9     /*直接读取URXH0寄存器,即可获得接收到的数据*/
    10     return URXH0;
    11 }
    serial.c->getc()
    4.主函数
        初始化完UART0之后,不断地读取串口数据,并判断它是否是数据或字符。如果是的话,
    将它加1后从串口输出。代码如下:
     1 #include "serial.h"
     2 
     3 int main()
     4 {
     5     unsigned char c;
     6     uart0_init();    //波特率:115200,8N1
     7     
     8     while(1)
     9     {
    10         //从串口接收数据后,判断其是否为数字或字母,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 }
    main.c

    11.2.2 实例测试

    1.PC上的串口工具推荐
        Windows下推荐使用SecureCRT工具,Linux下推荐使用kermit。
        下面介绍在Linux下安装、使用kermit的方法。
        确保Linux能上网,然后使用下面命令安装,会安装一个kermit命令。
    $ sudo apt-get install ckermit
        在使用kermit之前,先建立一个配置文件,在/home/book(假设用户名为book)目录下创
    建名为.kermrc的文件,内容如下:
     1 set line /dev/ttyS0
     2 set speed 115200
     3 set carrier-watch off
     4 set handshake none
     5 set flow-control none
     6 robust
     7 set file type bin
     8 set file name lit
     9 set rec  pack 1000
    10 set send pack 1000
    11 set window 5
    配置kermrc
        然后,运行“$ sudo kermit -c”命令即可开启串口:要关闭串口,可以先输入
    “Ctrl+”,然后按住“C”键,最后输入“exit”后回车。
    2. 测试方法
        首先使用串口线将开发板的COM0和PC的串口连接,打开PC上的串口工具并设置其波
    特率为115200、8N1。
        然后,在uart目录下运行make命令生成可执行文件uart.bin,将它烧入NAND Flash
    中运行。
        最后,在PC上串口工具中输入数字或字母,可以看到输出另一个字符(加了1):如果
    输入其他字符,则无输出。
        /work/hardware/stdio目录下的程序在串口0上实现printf、scanf等函数,它使用
    scanf、sscanf和printf等函数从串口接收一个十进制数字序列,然后将它转换为十六进制
    输出。步骤与UART实例相似,读者可自行操作。
    附:代码:
    链接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密码: tfab
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