S3C2440 UART串口驱动

1.1UART串口

通用异步接纳器和发送器(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)简称UART。一般是嵌入式设备中默许都会装备的通讯接口。这是咱们，许多嵌入式设备没有显示屏，无法获得嵌入式设备实时数据信息，经过UART串口和超级终端相连，打印嵌入式设备输出信息。而且在对嵌入式体系进行盯梢和调试时，UART串口了是必要的通讯手法。比方：网络路由器，交换机等都要经过串口来进行装备。UART串口仍是许多硬件数据输出的首要接口，如GPS接纳器便是经过UART串口输出GPS接纳数据的。

1.1.1异步通讯和同步通讯

图2-56同步信号与异步信号
同步通讯技能
在发送数据信号的时分，会一起送出一根同步时钟信号，用来同步发送方和接纳方的数据采样频率。如图2-56所示，同步通讯时，信号线1是一根同步时钟信号线，以固定的频率进行电平的切换，其频率周期为t，在每个电平的上升沿之后进行对同步送出的数据信号线2进行采样（高电平代表1，低电平代表0），依据采样数据电平凹凸获得输出数据信息。假设两边没有同步时钟的话，那么接纳方就不知道采样周期，也就不能正常的获得数据信息。
异步通讯技能
在异步通讯技能中，数据发送方和数据接纳方没有同步时钟，只需数据信号线，只不过发送端和接纳端会依照洽谈好的协议（固定频率）来进行数据采样。数据发送方以每秒钟57600bits的速度发送数据，接纳方也以57600bits的速度去接纳数据，这样就能够确保数据的有用和正确。一般异步通讯中运用波特率（Baud-Rate）来规则两边传输速度，其单位为bps（bits per second每秒传输位数）。

1.1.2数据的串行和并行通讯方法

串行通讯比方是一列纵队，每个数据元素顺次纵向摆放。如图2-57所示，传输时一个比特一个比特的串行传输，每个时钟周期传输一个比特，这种传输方法相对比较简略，速度较慢，可是运用总线数较少，一般一根接纳线，一根发送线即可完成串行通讯。它的缺陷是要添加额定的数据来操控一个数据帧的开端和结束。
并行通讯比方一排横队，齐头并进一起传输。这种通讯方法每个时钟周期传输的数据量和其总线宽度成正比，可是完成较为杂乱。UART通讯选用的是串行方法进行通讯的。

图2-57串行数据通讯与并行数据通讯

1.1.3数据通讯传输形式

在数据通讯进程中，发送方和接纳方为了完成数据的正确发送和接纳，一般会有一个状况寄存器来描绘当时数据接纳和发送状况，当发送方有数据发送时，会检查发送状况寄存器，看是否答应发送数据（假设上一次数据还没有发送结束，不答应继续数据发送），在发送答应情况下再送出新数据。相同，接纳端经过检查接纳状况寄存器，确认是否有新数据抵达，假设有数据抵达，将去接纳数据缓冲区读取数据。
（1）轮询形式
经进程序碑文流，不断的检测状况寄存器的成果，假设当时可发送或接纳，则发送或接纳数据。其进程能够用下面伪代码来一共。

由程序可知，这种方法完成简略，但在进行数据接纳和发送时都要进入循环检查状况寄存器的值，当没有数据抵达或数据不行发送时，CPU会一向空转，其它程序又得不到CPU的碑文权，很影响体系的功率。
（2）间断形式
间断方法是指，当数据抵达或数据可发送时，发生间断，告诉CPU去发送或接纳数据，这种方法将通讯硬件和CPU独立出来，通讯硬件只需在发送或接纳条件预备好之后中，才告诉CPU去处理数据，在通讯条件没有预备好的时分，CPU去处理其它程序，明显这种方法更合理，这种方法要求通讯硬件要求比较高，需求支撑发生间断信号。
（3）DMA形式
一般完成数据的搬运或劳动时，CPU将从源地址处仿制数据到寄存器，然后将寄存器数据再写入意图地址处，该仿制进程需求CPU来碑文。S3C2440支撑DMA传输形式，DMA传输是指在CPU不干与的情况下，DMA硬件主动完成数据的搬运和仿制，在DMA传输进程中，CPU简直不必干与，这样能够让CPU安心的去做自己的作业。尽管如此，可是DMA在传输数据进程中要占用总线，在大批数据传输时，体系总线会被DMA通道占用，也会影响体系的功率。S3C2440 UART操控器支撑DMA方法传输串口通讯数据。

1.1.4S3C2440 UART操控器

S3C2440 UART操控器，供给了三个独立的异步串行I/O端口，每个端口都能够在间断形式或DMA形式下作业，换而言之，UART能够生成间断或DMA恳求用于CPU和UART之间的数据传输。UART串口挂接在APB总线上，APB总线最高能够抵达50MHz作业频率，在运用APB时钟频率时能够抵达最高115.2Kbps波特率的通讯速度。假设UART串口接纳外部设备供给UEXTCLK（外部时钟），UART能够在更高的速度下作业。每个UART串口在接纳设备和发送设备里别离包含一个64Byte的FIFO缓冲区，用于缓存发送数据和接纳数据。
咱们UART是串行异步通讯方法，因而在UART通讯进程中每次只能传输1位（bit）,若干位组成一个数据帧（frame），帧是UART通讯中最根本单元，它首要包含：开端位，数据位，校验位（假设舱位了数据校验，要包含校验位），和间断位，帧结构如图2-58所示。

图2-58 UART数据帧结构
UART在通讯之前要在发送端和接纳端约定好帧结构，也便是约定好传输数据帧格局。
l开端位：有必要包含在数据帧中，一共一个帧的开端。
l数据位：可选5，6，7，8位，该位长度可由编程人员指定。
l校验位：假设在舱位了数据校验时，该位有必要指定。
l间断位：可选1，2位，该位长度可由编程人员指定。
通讯两边约定好帧格局后，指定同一波特率，以确保两边数据传输的同步。

1.1.5S3C2440 UART串口作业原理

每个UART包含一个波特率发生器，发送器，接纳器和一个操控单元，如下图所示：

图2-59 UART硬件结构
UART是以异步方法完成通讯的，其采样速度由波特率决议，波特率发生器的作业频率能够由PCLK（外围设备频率），FCLK/n（CPU作业频率的分频），UEXTCLK（外部输入时钟）三个时钟作为输入频率，波特率设置寄存器是可编程的，用户能够设置其波特率决议发送和接纳的频率。发送器和接纳器包含了64Byte的FIFO和数据移位器。UART通讯是面向字节省的，待发送数据写到FIFO之后，被劳动到数据移位器（1字节巨细）里，数据经过发送数据管脚TXDn宣布。相同道理，接纳数据经过RXDn管脚来接纳数据（1字节巨细）到接纳移位器，然后将其劳动到FIFO接纳缓冲区里。
（1）数据发送
发送的数据帧可编程的，它的一个帧长度是用户指定的，它包含一个开端位，5~8个数据位，一个可选的奇偶校验位和1~2个间断位，数据帧格局能够经过设置ULCONn寄存器来设置。发送器也能够发生一个间断信号，它是由一个悉数为0的数据帧组成。在当时发送数据被彻底传输完今后，该模块发送一个间断信号。在间断信号发送后，它能够继续经过FIFO（FIFO）或发送坚持寄存器（NON-FIFO）发送数据。
（2）数据接纳
相同接纳端的数据也是可编程的，接纳器能够侦测到溢出过错奇偶校验过错，帧过错和间断条件，每个过错都能够设置一个过错标志。
l溢出过错是指在旧数据被读取到之前，新数据覆盖了旧数据
l奇偶校验过错是指接纳器侦测到了接纳数据校验成果失利，接纳数据无效
l帧过错是指接纳到的数据没有一个有用的间断位，无法断定数据帧结束
l间断条件是指RxDn接纳到坚持逻辑0状况继续善于一个数据帧的传输时刻
（3）主动流控AFC（Auto Float Control）
UART0和UART1支撑有nRTS和nCTS的主动流控，UART2不支撑流控。在AFC情况下，通讯两边nRTS和nCTS管脚别离衔接对方的nCTS和nRTS管脚。经过软件操控数据帧的发送和接纳。
在舱位AFC时，发送端接纳发送前要判别nCTS信号状况，当接纳到nCTS激活信号时，发送数据帧。该nCTS管脚衔接对方nRTS管脚。接纳端在预备接纳数据帧前，其接纳器FIFO有大于32个字节的闲暇空间，nRTS管脚会发送激活信号，当其接纳FIFO小于32个字节的闲暇空间，nRTS有必要置非激活状况。如图2-60所示。

图2-60主动流控数据传输
（4）波特率
在UART中波特率发生器为发送器和接纳器供给作业时钟。波特率发生器的时钟源能够挑选S3C2440A的内部体系时钟(PCLK，FCLK/n)或UEXTCLK（外部时钟源），能够经过设置UCONn寄存器来设置波特率发生器的输入时钟源。一般咱们挑选运用PCLK作为UART作业时钟。
UART操控器中没有对波特率进行设置的寄存器，而是经过设置一个除数因子，来决议其波特率。其计算公式如下：

其间：UBRDIVn的取值规模应该为1~2^16-1。例如：波特率为115200bps，PCLK时钟为其作业频率，选用50MHz，UBRDIVn为：

在体系时钟未初始化时，PCLK = 12MHz，假设波特率选用57600bps，那么UBRDIVn为：

当运用外部时钟源时，假设外部时钟小于PCLK时钟，则UEXTCLK应该设置为0。
（5）波特率的过错哨所率（Baud-Rate Error Torlerance）
数据信号在传输进程中咱们外界电磁搅扰，信号削弱等原因，当时钟频率较低，传输速率较高时会发生夺冠，当夺冠抵达必定值时，会呈现数据信号不能正常辨认，形成通讯反常。比方方，在一般列车轨迹上小事行进高速列车相同，咱们高速列车对轨迹要求很高，当速度抵达必定程度，很可能形成事端。业界的波特率的过错哨所率为1.86%(3 / 160)，假设大于该值则应该挑选较低的波特率或进步输入时钟频率。
过错哨所率计算公式为：

注：tUPCLK为UART的实在作业时钟频率：tUPCLK = (UBRDIVn + 1) * 16 * 1Frame / PCLK
tUEXACT为UART抱负作业时钟频率：tUEXACT = 1Frame / baud-rate
其间：1Frame为数据帧的长度=开端位+数据位+可选校验位+间断位
假设，波特率选用115200bps，PCLK时钟为50MHz，波特率除数因子UBRDIVn为26（经过前面UBRDIVn计算公式算出），选用1个间断位，8个数据位，无校验的8N1方法通讯时，其过错哨所率为：

在开发板没有初始化体系时钟前，开发板作业在12MHz下，假设咱们将波特率设置为115200bps，选用PCLK为体系默许时钟12MHz，8N1数据帧格局通讯，那么：
UBRDIVn = (int)(12M / (115200 * 16)) – 1 = 6
其过错哨所率：

其过错哨所率大于1.86%，因而在12MHz频率下，波特率不能设置为115200，现在将波特率设置为56700bps，选用8N1数据帧格局通讯，那么：

选用波特率为56700bps，8N1数据帧格局通讯时，其过错哨所率小于规范的1.86%，因而能够正常作业。

图2-61 MINI2440开发板串口硬件图
UART的接口
图2-61为MINI2440开发板引出UART串口接线图，它选用DB9接口公头（有接线柱的端口，只需接线孔的为母头），其有9根信号线，UART通讯进程顶用到了信号线2 RSTXD0（数据发送管脚）它和串口线母头TXDx信号线相接（x代表0号，1号，2号串口），信号3 RSRXD0（数据接纳管脚）和串口线母头RXDx相接（x代表0号，1号，2号串口），信号线5（接地管脚），信号线7 RSCTS0（数据发送流操控管脚）和串口线母头nCTSx相接，信号线8 RSRTS0（数据接纳流操控管脚）和串口线母头nRTSx相接。假设UART中没有舱位AFC流控的话，只需用到信号线2，信号线3和信号线5。

图2-62 MINI2440串口管脚接线
经过MINI2440硬件CPU管脚图能够看出，RSTXD0和RSRXD0衔接到CPU的GPH2和GPH3管脚上的，而GPH2和GPH3是CPU复用管脚，因而咱们要对GPH2和GPH3对应寄存器进行设置，其对应寄存器为GPHCON。
表2-23 GPIO端口H设置寄存器（GPHCON）

GPHCON[7:6]和GPHCON[5:4]为RSTXD0和RSRXD0管脚设置位，将其功用设置为了UART专用通讯管脚，因而应该设置其为0b10，别离用于UART数据的接纳和发送。

表2-24 GPIO端口H上拉电阻设置寄存器（GPHUP）

GPHUP上拉电阻设置寄存器：上拉电阻用来安稳电平信号，保证传输数据的正确，GPHUP里设置其内部上拉。

表2-25 UART0串行操控寄存器（ULCON0）

经过设置ULCON0来设置UART0通讯方法，ULCON0[6]挑选通讯方法为一般通讯形式或红外通讯形式，ULCON0[5:3]设置串口0校验方法，ULCON0[2]设置串口0间断位数，ULCON0[1：0]设置串口0的数据位数。
咱们挑选一般通讯形式，无校验位，1个间断位，8个数据位的数据通讯方法。因而：

表2-26 UART0串口操控寄存器（UCON0）

一般UART串口选用PCLK作为输入作业时钟，选用简略的轮询方法进行数据接纳和发送，不舱位数据接纳超时，数据发生过错时不发生过错状况间断，因而：

表2-27 UART FIFO操控寄存器（UFCON0）

表2-28 UART MODEM操控寄存器（UMCON0）

表2-29 UART发送/接纳状况寄存器（UTRSTAT0）

表2-30 UART发送缓存寄存器（UTXH0）

表2-31 UART接纳缓存寄存器（URXH0）

表2-32 UART波特率除数寄存器（UBRDIV0）

上述寄存器是是和UART通讯相关寄存器，运用简略的无FIFO，无主动流控AFC时，设置如下：

UTXH0和URXH0别离是数据发送和接纳寄存器，发送数据时经过轮询方法判别发送状况寄存器的状况，当能够发送数据时，碑文UTXH0寄存器写入操作，接纳数据时，以轮询方法检测接纳状况寄存器状况，当有数据抵达时，读取URXH0寄存器里的数据即可获得串口数据。

1.1.6UART串口驱动实验

init.s：本程序文件对看门狗，内存等根本硬件做初始化，然后跳入到xmain.c中的xmain函数碑文。

xmain.c：uart_init函数对UART0进行初始化，然后进入死循环内，不断打印字符串“Uart串口打印实验”。

当编译并将生成Norflash，在->一切程序->通讯mini2440，在之后弹出的COM波特率1个间断位，PC串口（笔记本一般没有串口，能够买一个Uart串口打印实验”字符串。