s3c2440裸机编程-UART体系

1 uart硬件介绍#

UART的全称是Universal Asynchronous Receiver and Transmitter（异步收发器)。 uart主要用于：

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1.打印调试
2.数据传输

串口通过三根线即可，发送、接收、地线。

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pc的TxD -> arm的RxD (UART write)
arm的TxD -> pc的RxD  (UART read)

2 uart的参数和格式#

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波特率：表示每秒传输多少bit，bits per second(bps).一般波特率都会有9600,19200,115200等选项。
起始位: 先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输数据的开始。
数据位：可以是5~8位逻辑”0”或”1”。一般7位，刚好可以传输所有ASCII码。
校验位：
	奇校验：（校验位+数据位）使得“1”的位数为奇数
	偶校验：（校验位+数据位）使得“1”的位数为偶数
	举个栗子：
	‘A’的ASCII值是0x41,二进制就是01000001,那么奇校验就在校验位写‘1’,偶校验就在校验位写‘0’	
停止位：它是一个字符数据的结束标志。

3 UART传输原理#

3.1 如何传输一个字符A#

‘A’的ASCII值是0x41#,二进制就是01000001，怎样把这8位数据发送给PC机呢？

1.双方约定好波特率（每一位占据的时间）
2.规定传输协议

现在处于这种模式：arm的TxD -> pc的RxD (UART read)

1.arm拉低uart总线1bit的时间（起始位）
2.arm根据数据位依次驱动TxD的电平，同时PC依次读取uart总线，数据到达PC的RxD引脚，pc依次获得数据位

为了能够进行远距离的传输数据，我们的PC是使用的RS-232逻辑电平，而arm开发板使用的TTL/CMOS逻辑电平。这里先讲解下什么是TTL逻辑电平，什么是RS-232逻辑电平。

TTL/CMOS逻辑电平：

0（低电平0-0.7v）表示逻辑'0'
1（高电平2-5v）  表示逻辑'1'

RS-232逻辑电平：

(+3V ~ +12V) 表示逻辑'0'
(-12V ~ -3V) 表示逻辑'1'

TTL逻辑电平的波形：

RS232逻辑电平的波形：

那么在起始信号开始后开始计时，arm每隔一个时钟往TxD放1bit数据，同时pc也从RxD get 1bit数据.

    arm				pc
TxD=data[0:]，    data[0:]=RxD
TxD=data[1:]，    data[1:]=RxD
...	
TxD=data[7:]，    data[7:]=RxD

3.1.1 RS232#

我们知道RS232的逻辑’0’和逻辑’1’相差较大，比TTL/CMOS差距大，那么逻辑电平不容易出现反转，能传输更远的距离，在工业上用得比较多。

所以我们上面PC拿到的数据是不对的,那么需要一个TTL转RS232的电平转换芯片。

4 UART控制器#

发送数据：
内存将数据放入发送FIFO（64byte），通过发送移位器将数据一位一位的依次发送到TXDn，这样PC就可以从总线上依次get到数据。

接收数据：
当pc的TXDn端将数据发送到总线后，arm获取RXDn的引脚电平依次get到数据，逐位放进接收移位器，再放入FIFO，写入内存。

当然,也可不使用fifo,直接让内存与移位器交互，不过这样会造成浪费内存资源，内存的频率是很高滴，降低了内存的吞吐量。

5 UART控制器编程#

s3c2440支持3个UART串口，以uart0为例讲解。
那么我们需要实现以下这几个函数完成串口的最基本功能： 

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（1）uart0_init()用于初始化串口
（2）putchar()用于发送一个字符
（3）getchar()用于接收一个字符
（4）puts()用于发送一串字符

5.1 初始化UART#

5.1.1 引脚初始化#

配置uart0引脚

  1. 根据原理图GPH2,3用于TxD0, RxD0。
  2. 查看dataset,配置GPH控制寄存器，让GPH2,3配成uart模式；为了将其保持为高电平，先设置其为上拉。
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    GPHCON &= ~((3<<4) | (3<<6));
    GPHCON |= ((2<<4) | (2<<6));
    GPHUP &= ~((1<<2) | (1<<3));  /* 使能内部上拉 */

5.1.2 UART控制器初始化#

5.1.2.1 设置时钟源#

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UCON0 = 0x00000005; /* 时钟源选择PCLK,中断/查询模式 */


5.1.2.2 设置波特率#

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/* uart clock=50M，假设我们想要波特率=115200，
** 根据公式UBRDIVn = (int)(UART clock/( buad rate x 16) ) –1
** 得到UBRDIVn = (int)( 50000000 / ( 115200 x 16) ) –1 = 26
*/
UBRDIV0 = 26;

5.1.2.3 设置数据格式#


数据格式设置为常用的8n1，表示8个数据位, 无较验位, 1个停止位

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ULCON0 = 0x00000003; /* 8n1: 8个数据位（数据+校验）, 无较验位, 1个停止位 */

5.2 putchar/getchar#

putchar就是向发送寄存器(UTXH0)写入值进去。
getchar就是从接受寄存器(URXH0)取出值。
无论是getchar还是putchar都可以通过读取状态寄存器（UTRSTAT0）来作为传输结束判断标志。


查询其第2位判断发送buff是否为空，即上一次发送是否完成，如果完成即向UTXH0写入要发送的新数据；
查询其第0位判断接收buff是否有数据接受到，如果有数据接收到，返回接收buffer的值。

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int putchar(int c){
	while (!(UTRSTAT0 & (1<<2)));
	UTXH0 = (unsigned char)c;	
}	
int getchar(void){
	while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));
	return URXH0;
}

5.3 puts#

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int puts(const char *s){
	while (*s){
		putchar(*s);
		s++;
	}
}