瞭解UART原理； 掌握S3C2410/S3C2440中UART的使用 ...
本章目標：
瞭解UART原理； 掌握S3C2410/S3C2440中UART的使用11.1 UART原理及UART內部使用方法
11.1.1 UART原理說明
UART用於傳輸串列數據： 發送數據時，CPU將並行數據寫入UART，UART按照一定的格式在一根電線上串列發出； 接收數據時，UART檢測另一根電線上的信號，將串列收集放在緩衝區中，CPU即可讀取 UART獲得這些數據。 UART之間以全雙工方式傳輸數據，最精簡的連接方式只有3根線：TxD、RxD、Gnd。 UART使用標準的TTL/CMOS邏輯電平(0~5V、0~3.3V、0~2.5V或0~1.8V)來表示數據， 高電平表示1，低電平表示0.為了增強數據抗干擾能力、提高傳輸長度，通常將TTL/CMOS 邏輯電平轉換為RS-232邏輯電平，3~12V表示0，-3~-12V表示1。11.1.2 S3C2410/S3C2440 UART的特性
S3C2410/S3C2440中UART功能類似，有3個獨立的通道，每個通道都可以工作於中斷 或DMA模式。即UART可以發出中斷或DMA請求以便在UART、CPU間傳輸數據。 UART由波特率發生器、發送器、接收器和控制邏輯組成。 使用系統時鐘時，S3C2410的UART波特率可以達到230.4Kbit/s，S3C2440則可以達到 115.2Kbit/s；如果使用UEXTCLK引腳提供的外部時鐘，則可以達到更高的波特率。波特率 可以通過編程進行控制。 S3C2410 UART的每個通道都有16位元組的發送FIFO和16位元組的接收FIFO，S3C2440 UART 的FIFO深度為64。 S3C2410/S3C2440 UART的每個通道支持的停止位有1、2位，數據位有5、6、7或8位， 支持校驗功能，另外還有紅外發送/接收功能。11.1.3 S3C2410/S3C2440 UART的使用
在使用UART之前需要設置波特率、傳輸格式(多少數據位、是否使用校驗位、是奇校驗 還是偶校驗、有多少停止位、是否使用流量控制)；對於S3C2410/S3C2440，還要選擇所涉及 管腳為UART功能、選擇UART通道的工作模式為中斷模式或DMA模式。設置好之後，向某個寄存器 中寫入數據即可發送，讀取某個寄存器即可得到接收到的數據。可以通過查詢狀態寄存器或 設置中斷來獲知數據是否已經發送完畢、是否已經接收到數據。 針對上述過程，下麵一一說明。 1.將所涉及的UART通道管腳設為UART功能 2.UBRDIVn寄存器(UART BAUD RATE DIVISOR)：設置波特率 S3C2410 UART 的時鐘源有兩種選擇：PCLK、UEXTCLK；S3C2440 UART的時鐘源有 三種選擇：PCLK、UEXTCLK、FCLK/n，其中n的值通過UCON0~UCON2聯合設置。 根據給定的波特率、所選擇的時鐘源的頻率，可以通過如下公式計算UBRDIVn寄 存器(n為0~2，對應3個UART通道)的值。 UBRDIVn = (int)(UART clock / (buad rate * 16)) - 1 上面計算出來的UBRDIVn寄存器不一定是整數，只要其誤差在1.87%之內即可。誤 差計算公式如下： tUPCLK = (UBRDIVn + 1) * 16 * 1Frame/(UART clock) //實際的UART時鐘 tUEXACT = 1Frame / baud-rate //理論的UART時鐘 UART error = (tUPCLK - tUEXACT) / tUEXACT * 100% //誤差 3.ULCONn寄存器(n:0~2)(UART LINE CONTROL)：設置傳輸格式
4.UCONn寄存器(UART CONTROL)
UCONn寄存器用於選擇UART時鐘源、設置UART中斷方式等。由於S3C2410的UART
只有兩個時鐘源，S3C2440有3個時鐘源，所以在選擇和設置時鐘源時有所不同。
S3C2410的UCONn寄存器格式如下表11.2所示。
S3C2440的UCONn寄存器在UART時鐘的選擇方面與S3C2410有所不同，從位[10]往上
的位含義不一樣，並且原來的位[4]用於徐娜則是否發出“break”信號，這些位的含義
如表11.3所示。
UCON0、UCON1、UCON2這三個寄存器的位[15:12]一起用來確定n的值，它們的意義如下。
（1）UCON2[15]：“FCLK/n”使能位。
它等於0時，禁止使用“FCLK/n”作為UART時鐘源；等於1時，可以用作UART時鐘源。
（2）n的值設置。
UCON0[15:12]、UCON1[15:12]、UCON2[14:12]三者用於設置n的值，當其中一個被射程非
0時，其他兩個必須為0.
① n的值處於7~21處時，UART時鐘 = FCLK/(divider + 6)，divider 為UCON0[15:12]的值，大於0。
② n的值處於22~36時，UART時鐘 = FCLK/(divider + 21)，divider為UCON1[15:12]的值，大於0。
③ n的值處於37~43時，UART時鐘 = FCLK/(divider + 36)，divider為UCON2[14:12]的值，大於0.
④ UCON0[15:12]、UCON1[15:12]、UCON2[14:12]都等於0時，UART時鐘：FCLK/44。
5.UFCONn寄存器(UART FIFO CONTROL)、UFSTATn寄存器(UART FIFO STATUS)
UFCONn寄存器用於設置是否使用FIFO，設置個FIFO的觸發值。並可以通過設置UFCONn
寄存器來複位個寄存器。
讀取UFSTATn寄存器可以知道各個FIFO是否已經滿、其中有多少個數據。
不使用FIFO時，可以認為FIFO的深度為1，使用FIFO時，S3C2410的FIFO深度為16，
S3C2440的FIFO深度為64.這兩類寄存器各位的含義請參考數據手冊，後面的實例部分沒有
使用FIFO。
6.UMCONn寄存器(UART MODEM CONTROL)、UMSTATn寄存器(UART MODEM STATUS)
這兩類寄存器用於流控，這裡不介紹。
7.UTRSTATn寄存器(UART TX/RX STATUS)
UTRSTATn寄存器用於表明數據是否已經發送完畢、是否已經接收到數據，格式如表11.4
所示。緩衝區起始就是圖11.3中的FIFO，只不過不使用FIFO功能時可以認為其深度為1。
8.UERSTATn寄存器(UART ERROR STATUS)
用於表示各種錯誤是否發生，位[0]~位[3]為1時分別表示溢出錯誤、校驗錯誤、幀錯誤、
檢測到“break”信號。讀取這個寄存器時，它會自動清零。
註意：接收數據時，如果使用FIFO，則UART內部會使用一個“錯誤FIFO”來表明接收FIFO
中哪個數據在接收過程中發生了錯誤。CPU只有在讀出這個錯誤的數據時，才會察覺到發生了錯
誤。要想清除“錯誤FIFO”，則必須讀出錯誤的數據，並讀出UERSTATn寄存器。
9.UTXHn寄存器(UART TRANSMIT BUFFER REGISTER)
CPU將數據寫入這個寄存器，UART即將它保存到緩衝區中，並自動發送出去。
10.URXHn寄存器(UART RECEIVE BUFFER REGISTER)
當UART接收到數據時，CPU讀取這個寄存器，即可獲得數據。
11.2 UART 操作實例
11.2.1 代碼詳解
本實例代碼在/work/hardware/uart目錄下。目的是在串口上輸入一個字元，單板收到後將 它的ASCII值加1後，從串口輸出。 首先設置MPLL提高系統時鐘，令PCLK為50MHz，UART將選擇PCLK作為時鐘源。將代碼複製到 SDRAM之後，調用main函數。這些代碼與第10章相似。重點在於main函數對UART0的初始化、收發 數據，這由3個函數實現：usat0_init、getc和putc，它們在serial.c文件中。 1.UART初始化 uart0_init函數代碼如下：
1 #define PCLK 50000000 //init.c中的clock_init函數設置PCLK為50MHz 2 #define UART_CLK PCLK //UART0的時鐘源設為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, 無流控 9 */ 10 void uart0_init(void) 11 { 12 GPHCON |= 0xa0; //GPH2、GPH3用作TXD0、RXD0 13 GPHUP = 0x0c; //GPH2、GPH3內部上拉 14 15 ULCON0 = 0x03; //波特率：115200，8N1 16 UCON0 = 0x05; //查詢方式，UART時鐘源為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.發送字元的函數 本實例不使用FIFO，發送字元前，先判斷上一個字元是否已經發送出去。如果沒有， 則不斷查詢UTRSTAT0寄存器的位[2]，當它為1時表示已經發送完畢。於是，即可向UTXH0寄 存器中寫入要發送的字元。代碼如下(巨集TXD0READY被定義為“(1 << 2)”)：
1 /* 2 *發送一個字元 3 */ 4 void putc(unaigned char c) 5 { 6 /*等待，直到發送緩衝區中的數據已經全部發送出去*/ 7 while(!(UTRSTAT0 & TXD0READY)); 8 9 /*向UTXH0寄存器中寫數據，UART自動將其發送出去*/ 10 UTXH0 = c; 11 }serial.c->putc() 3.接收字元的函數 試圖讀取數據前，先查詢UTRSTAT0寄存器的位[1]，當它為1時，表示接收緩衝區中有數據。 於是，即可讀取URXH0得到數據。代碼如下(巨集RXD0READY被定義為“(1)”)：
1 /* 2 *接收字元 3 */ 4 unsigned char getc(void) 5 { 6 /*等待，知道接收緩衝區中有數據*/ 7 while(!(UTRSTAT0 & RXD0READY)); 8 9 /*直接讀取URXH0寄存器，即可獲得接收到的數據*/ 10 return URXH0; 11 }serial.c->getc() 4.主函數 初始化完UART0之後，不斷地讀取串口數據，並判斷它是否是數據或字元。如果是的話， 將它加1後從串口輸出。代碼如下：
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 //從串口接收數據後，判斷其是否為數字或字母，若是則加1後輸出 11 c = getc(); 12 if(isDigit(c) || (isLetter(c))) 13 putc(c+1); 14 } 15 16 return 0; 17 }main.c
11.2.2 實例測試
1.PC上的串口工具推薦 Windows下推薦使用SecureCRT工具，Linux下推薦使用kermit。 下麵介紹在Linux下安裝、使用kermit的方法。 確保Linux能上網，然後使用下麵命令安裝，會安裝一個kermit命令。$ sudo apt-get install ckermit在使用kermit之前，先建立一個配置文件，在/home/book(假設用戶名為book)目錄下創 建名為.kermrc的文件，內容如下：
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 然後，運行“$ sudo kermit -c”命令即可開啟串口：要關閉串口，可以先輸入 “Ctrl+\”，然後按住“C”鍵，最後輸入“exit”後回車。 2. 測試方法 首先使用串口線將開發板的COM0和PC的串口連接，打開PC上的串口工具並設置其波 特率為115200、8N1。 然後，在uart目錄下運行make命令生成可執行文件uart.bin，將它燒入NAND Flash 中運行。 最後，在PC上串口工具中輸入數字或字母，可以看到輸出另一個字元(加了1)：如果 輸入其他字元，則無輸出。 /work/hardware/stdio目錄下的程式在串口0上實現printf、scanf等函數，它使用 scanf、sscanf和printf等函數從串口接收一個十進位數字序列，然後將它轉換為十六進位 輸出。步驟與UART實例相似，讀者可自行操作。 附：代碼： 鏈接: https://pan.baidu.com/s/1kV24a9L 密碼: tfab
