JZ2440 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

}

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

}

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

}

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

}

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。

1

$ 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

    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