1、UART原理简介
在介绍2440的UART控制器之前,我们首先来了解一下UART的原理
UART:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter(通用异步收发送器),用来传输串行数据,发送数据时,CPU将并行数据写入UART,UART按照一定格式在TxD线上串行发出;接收数据时,UART检测到RxD线上的信号,将串行收集放到缓冲区中,CPU即可读取UART获得的这些数据。
UART最精简的连线形式只有3根线,TXD用于发送,RXD用于接收,GND用于提供参考电平。UART之间以帧作为数据传输单位,帧由具有完整意义的若干位组成,它包含开始位、数据位、校验位和停止位。发送数据之前,互相通信的UART之间要约定好数据传输速率(波特率的倒数)、数据的传输格式(多少个数据位、是否使用校验位、奇校验还是偶校验、多少个停止位)。
2、S3C2440 UART的特性
S3C2440的通用异步收发器(UART)配有3个独立异步串行I/O(SIO)端口,每个都可以通过产生中断或DMA请求来进行CPU和UART之间的数据传输。如图1所示:每个UART包含一个波特率发生器、发送器、接收器和一个控制单元,
图1 2440UART方框图(带FIFO)
波特率发生器可以由PCLK、FCLK/n或UEXTCLK(外部输入时钟)时钟驱动。UART通过使用系统时钟可以支持最高115.2Kbps的比特率。如果是使用外部器件提供UEXTCLK的UART,则UART可以运行在更高的速度。发送器和接收器各包含一个64字节的FIFO和数据移位器。要发送数据时,先将数据写入到FIFO接着在发送前复制到发送移位器中,随后将数据从发送数据引脚(TXDn)移出;接收数据时,从接收数据引脚(RXDn)移入收到的数据,接着从移位器复制到FIFO。
3、S3C2440 UART的使用
对于S3C2440,使用UART之前,首选需要对2440的UART模块进行初始化,需要设置波特率、传输格式(多少个数据位、是否使用校验位、奇校验或偶校验、多少个停止位、是否使用流量控制)、选择所涉及的管脚为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,往相关寄存器写入数据即可发送,读取相关寄存器即可接收到数据,还可以通过查询状态寄存器或设置中断来获知数据是否发送完毕、是否接收到数据。
我用的开发板是天嵌的TQ2440,该开发板用SP3232EEN扩展了一个RS232串口,电路连接如图2 所示:
图2 RS232原理图
波特率发生器
每个UART的波特率发生器为发送器和接收器提供串行时钟,波特率发生器的时钟源可以选择S3C2440A的内部时钟系统或者UEXTCLK。波特率时钟是通过16和由UART波特率分频寄存器(UBRDIVn)指定的16位分频系数来分频源时钟(PCLK,FCLK/n或者UEXTCLK)产生的,UBRDIVn由下列表达式确定:
UBRDIVn=(int)(UART时钟/(波特率*16))-1
UART时钟:PCLK,FCLK/n或者UEXTCLK,例如,如果波特率为115200bps并且UART时钟为40MHz,则UBRDIVn为:
UBRDIVn=(int)(40000000/(115200*16))-1=(int)(21.7)-1(取最接近的整数)=22-1=21
介绍发送和接收操作之前,先介绍几个重要的寄存器
UBRDIVn寄存器:设置波特率,S3C2440 UART的时钟源有两种选择:PCLK、UEXTCLK、FCLK/n,其中n的值通过UCON0-UCON2联合设置
ULCONn寄存器:设置传输格式
UCONn寄存器:它用于选择UART时钟源、设置UART中断方式
UFCONn寄存器、UFSTATn寄存器,UFCONn寄存器用于设置是否使用FIFO,设置各FIFO的触发阙值,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UFCONn寄存器来复位各个FIFO。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。
UMCONn寄存器、UMSTATn寄存器,这两类寄存器用于流量控制,具体看数据手册
UTRSTATn寄存器,它用来表明数据是否已经发送完毕、是否已经接收到数据
UERSTATn寄存器,用来表示各种错误是否发生
UTXHn寄存器,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
URXHn寄存器,当UART接收到数据时,CPU读取这个寄存器,即可获得数据。
下面通过实际的代码来理解2440的UART
首选是UART的初始化,TQ2440将UART0引了一个接口出来,就介绍UART0吧
2440的UART引脚是挂接在GPH上的,所以使用UART之前需要先对GPH的引脚功能进行配置。
void uart0_init(void)
{
GPHCON |= 0xaa; // GPH0,GPH1,GPH2,GPH3分别nCTS0,nRTS0,TXD0,RXD0
GPHUP = 0x7ff; //内部上拉被禁止
UFCON0 = 0x00; // 不使用FIFO
UMCON0 = 0x00; // 不使用流控
ULCON0 = 0x03; // 8N1(8个数据位,无校验,1个停止位)
UCON0 = 0x245;
// 查询方式,UART时钟源为PCLK,中断请求方式为Tx-电平,Rx-脉冲
rUBRDIV0=( (int)(pclk/16./baud+0.5) -1 ); //设置波特率
}
接下来几个是进行数据的发送和接收的函数
//======此函数的作用是向UART发送一个字符,不用FIFO,直接用UART发送
void Uart_SendByte(char data)
{
if(data=='\n')
{
while(!(rUTRSTAT0 & 0x2));
取出rUTRSTAT0(UART0发送/接收寄存器)寄存器中的第2位,含义为Transmit buffer是否为空,为1时表示空。在发送缓冲器为空时,再发送
// Delay(1); //because the slow response of hyper_terminal
WrUTXH0('\r'); //将数据写入到UART0发送缓冲器中
}
while(!(rUTRSTAT0 & 0x2)); //Wait until THR is empty.
// Delay(1);
WrUTXH0(data);
}
//========发送字符串的函数
void Uart_SendString(char *pt)
{
while(*pt)
Uart_SendByte(*pt++);
}
//C语言的可变参数,为了达到printf的功能
//例如:Uart_Printf(“my name is %s”a[10]) ;就相当于Uart_SendString(“my name is XX”);XX是a[10]的内容
void Uart_Printf(char *fmt,...)
{
va_list ap;
char string[256];
va_start(ap,fmt);
vsprintf(string,fmt,ap);
Uart_SendString(string);
va_end(ap);
}
//==等待,直到UART的发送器为空,就是发送完毕
void Uart0_TxEmpty()
{
while(!(rUTRSTAT0 & 0x4)); //Wait until Tx shifter is empty.
}
//===从终端上获取敲入的字符,返回值为char类型。RdURXH0有数据时,返回URXH的数据。当URXH没有数据时,总是等待,直到有数据。
char Uart_Getch(void)
{
while(!(rUTRSTAT0 & 0x1)); //接收缓冲器接收到有效数据
return RdURXH0(); //从UART0接收缓冲器(URXH0)接收数据
}
//===Uart_GetKey 这个与Uart_Getch 不同的是,当URXH没有数据时返回0。有数据时,返回数据,这个函数可以用来查看当前URXH中的值。
char Uart_GetKey(void)
{
if(rUTRSTAT0 & 0x1) //Receive data ready
return RdURXH0();
else
return 0;
}
//==这个函数用于从终端得到一个字符串,并储存到string中
void Uart_GetString(char *string)
{
char *string2 = string;
char c;
while((c = Uart_Getch())!='\r')//’\r’是回车键
{
if(c=='\b')//’\b’是backspace按键
{
if( (int)string2 < (int)string )
{
Uart_Printf("\b \b");//因为backspace,所以删除最后一个显示的字符
string--;
}
}
else
{
*string++ = c; //不是回车和退格键,则储存到string中
Uart_SendByte(c); //每输入一个字符,都将它输出到终端中
}
}
*string='\0';
Uart_SendByte('\n');
}
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