S3C2440—5.UART的使用

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发布时间：2019-05-24

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一.S3C2440中的UART介绍

UART（universal asynchronous receive transmitter）通用异步收发器，用来收发串行数据，以全双工的形式进行通信，UART使用的电平标准是TTL/CMOS，一帧数据通常包含开始位、数据位、校验位、停止位，UART传输的双方要统一波特率。

S3C2440中有三个UART独立通道，功能类似，下面分块介绍一下UART比较重要的部分。

UART的用途一般有俩种：

1.作为与上位机的通信接口，打印调试信息

2.作为外设模块的驱动接口，连接驱动外设，比如：蓝牙、GPS等

1.1 电平匹配

ARM串口电平为TTL，要根据PC的匹配电平来选择电平转换芯片。

UART直接输出的电平是TTL电平，以前上位机PC端都有RS-232电平（九针接口），所以以前ARM与上位机连接需要TTL转RS-232电平的芯片。RS-232适合长距离传输。

现在，PC上基本没有RS-232接口了，取而代之的是USB接口，所以现在ARM与PC的UART通信都使用TTL转USB芯片了。

1.2 UART数据帧与波特率

一帧数据通常包含开始位、数据位、校验位、停止位。

开始位：UART空闲时，TxD数据线是高电平的（因此需要给相应引脚上拉引脚），将要发送数据时，TxD数据线会以拉低电平作为起始信号，所以“0”电平就相当于开始位。

数据位：数据位包含了要发送的信息，数据位的大小可以通过配置寄存器来确定，通常是8bit。

校验位：为了保证数据传输的准确性，有时会在数据位后面加上一个校验位，分为奇、偶校验，校验规则：数据位+校验位中为1的个数是奇数或者偶数。一般不用。

停止位：会给出一段持续的高电平作为停止信号，持续时间可以通过配置寄存器来设置，一般设置停止位的持续时间为1位长度。

最常用的数据帧格式为：8n1（意为：8位数据位，不使用校验位，停止位长度为一位）

波特率：每秒发送的bit（位）

1.3UART框图

框图如下：

在这里插入图片描述

UART发送数据的流程：CPU从内存中将数据取到FIFO，FIFO中的数据发送到移位器，由移位器逐位发送数据。

UART接收数据的流程：移位器逐位接收数据，将接收到的数据放在FIFO中，CPU将数据从FIFO中取到内存。

UART中FIFO深度为64Byte，不使用FIFO时，将数据放在接收/保持寄存器中（1Byte）。

数据发送、接收完成，可以利用中断进行处理，也可以不断查询寄存器标志位。

波特率由波特率发生器产生，涉及到时钟源和分频因子的选择

二.UART的配置

这里介绍一下最基本的UART配置，即：使用UART0、满足收发数据功能、不使用FIFO（使用1Byte的寄存器）、收发状态可以通过中断或查询标志位获知。

2.1 UART引脚的配置

S3C2440中UART0的引脚对应关系为：TxD：GPH2 RxD：GPH3

首先要将俩个引脚的模式设置为UART模式，寄存器配置如下：

在这里插入图片描述

/* 设置引脚 */	//TxD0:GPH2  RxD0:GPH3	GPHCON &= ~((3<<4)|(3<<6));	GPHCON |= ((2<<4)|(2<<6));

由于数据线平时是高电平，所以要设置引脚的内部上拉。

我们要将内部上拉电阻与引脚连接，通过配置寄存器可以控制，上拉电阻与引脚的连接状态由GPHUP寄存器控制：

在这里插入图片描述

我们要使能GPH2、GPH3的内部上拉，将2、3位复位

/* 使能引脚的内部上拉 */	GPHUP &= ~( (1<<2)|(1<<3) );

2.2 波特率的配置

波特率计算如下：

在这里插入图片描述

通过设置分频系数DIV、选择时钟源来配置波特率

UCON0寄存器可以选择时钟源：

一般默认PCLK为时钟源，所以不必专门配置时钟源。

在这里插入图片描述

UBRDIV寄存器负责分频因子设置：

在这里插入图片描述

直接将分频因子写入寄存器即可：

/* 设置波特率 */	/* 波特率设置格公式：UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1 */	/* 实现波特率：115200 b/s  时钟源采用PCLK：50MHz  分频因子：26 (本来26.127，忽略误差可以) */	/* 默认PCLK:UCON0 &= ~(3<<10)*/	UBRDIV0 = 26;

2.3 数据帧的配置

数据帧的配置主要包括对：校验位、停止位、数据位的配置

ULCON0寄存器配置：

在这里插入图片描述

/* 设置数据格式 */	/* 数据帧格式：8n1 */	ULCON0 = 0x00000003;

2.4 收发模式配置

UCON0寄存器也用来配置RxD、TxD的模式：可以通过中断和查询寄存器标志位来获取收发的状态

默认选择时钟（PLCK=50MHz）、Rx、Tx模式（中断和查询）

在这里插入图片描述

/* 收发模式：中断+查询 */	UCON0 = 0x00000005;

收发状态的查询通过UTRSTAT0寄存器来确定：

在这里插入图片描述

可以通过如下程序配合寄存器查询获取收发的状态：

/* 输出数据 */int putchar( int c ){
   	/* 等待传输数据寄存器空 */	while( !(UTRSTAT0 & (1<<2)) );	/* 不使用FIFO，对数据传输寄存器UTXH0直接写 */	UTXH0 = (unsigned char)c;}/* 接收数据 */int getchar( void ){
   	while( !(UTRSTAT0 & (1<<0)));	/* 接收数据寄存器URXH0 */	return URXH0;}

2.5 收发数据寄存器

直接对寄存器进行读写就可以。

发送数据寄存器：

在这里插入图片描述

接收数据寄存器：

在这里插入图片描述

三.代码

话不多说，直接上代码，程序的框架是：main.c+uart.h+start.S

main.c：

#include "s3c2440_soc.h"#include "uart.h"int main(void){
   	unsigned char c;		uart0_init();	puts("Hello, world!\n\r");		while(1)	{
   		c = getchar();		if (c == '\r')		{
   			putchar('\n');		}		if (c == '\n')		{
   			putchar('\r');		}		putchar(c);	}	return 0;}

uart.c：

#include "s3c2440_soc.h"#include "uart.h"void uart0_init( void ){
   	/* 设置引脚 */	//TxD0:GPH2  RxD0:GPH3	GPHCON &= ~((3<<4)|(3<<6));	GPHCON |= ((2<<4)|(2<<6));	/* 使能引脚的内部上拉 */	GPHUP &= ~( (1<<2)|(1<<3) );		/* 设置波特率 */	/* 波特率设置格公式：UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1 */	/* 实现波特率：115200 b/s  时钟源采用PCLK：50MHz  分频因子：26 (本来26.127，忽略误差可以) */	/* 默认PCLK:UCON0 &= ~(3<<10)*/	UBRDIV0 = 26;		/* 设置数据格式 */	/* 数据帧格式：8n1 */	ULCON0 = 0x00000003;   	/* 收发模式：中断+查询 */	UCON0 = 0x00000005;	}/* 输出数据 */int putchar( int c ){
   	/* 等待传输数据寄存器空 */	while( !(UTRSTAT0 & (1<<2)) );	/* 不使用FIFO，对数据传输寄存器UTXH0直接写 */	UTXH0 = (unsigned char)c;}/* 接收数据 */int getchar( void ){
   	while( !(UTRSTAT0 & (1<<0)));	/* 接收数据寄存器URXH0 */	return URXH0;}/* 连续发送字符串 */int puts( const char *s ){
   	while( *s )		{
   			putchar( *s );			s++;		}}

start.S：

.text.global _start_start:	/* 关闭看门狗 */	ldr r0, =0x53000000	ldr r1, =0	str r1, [r0]	/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */	/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */	ldr r0, =0x4C000000	ldr r1, =0xFFFFFFFF	str r1, [r0]	/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8  */	ldr r0, =0x4C000014	ldr r1, =0x5	str r1, [r0]	/* 设置CPU工作于异步模式 */	mrc p15,0,r0,c1,c0,0	orr r0,r0,#0xc0000000   //R1_nF:OR:R1_iA	mcr p15,0,r0,c1,c0,0	/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0) 	 *  m = MDIV+8 = 92+8=100	 *  p = PDIV+2 = 1+2 = 3	 *  s = SDIV = 1	 *  FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M	 */	ldr r0, =0x4C000004	ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)	str r1, [r0]	/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定	 * 然后CPU工作于新的频率FCLK	 */			/* 设置内存: sp 栈 */	/* 分辨是nor/nand启动	 * 写0到0地址, 再读出来	 * 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动	 * 否则就是nor启动	 */	mov r1, #0	ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */	str r1, [r1] /* 0->[0] */ 	ldr r2, [r1] /* r2=[0] */	cmp r1, r2   /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */	ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */	moveq sp, #4096  /* nand启动 */	streq r0, [r1]   /* 恢复原来的值 */		bl mainhalt:	b halt