一起学mini2440裸机开发(六)--UART原理与基础实验

我个人感觉UART也不算是很难，学过单片机的相信都用过UART，在这里还是说说它吧，并且在写基础实验并调试的时候，出现了一个问题，就是我们平时使用jlink调试程序都是基于在sdram中运行的，由于ram的掉电易失性，所以咱们的裸机程序根本就不能脱机工作，也即是说复位之后程序就没有了，当然，我知道可以利用以后学的知识将它下载到NAND Flash中去，这个以后再说。貌似还有一个办法，就是使用mdk直接Download到flash，不过需要什么算法之类的，这个算法我还不懂，先不管他了，先把UART的原理实验弄清楚了再说，以后学了nand
flash就可以脱机工作了。

UART概述

S3C2440通用异步收发器(UART)提供3个独立的异步串行I/O(UART0、UART1、UART2)，每个端口都可以在中断或DMA模式下。也就是说，在CPU和UART之间传输数据时，UART可以产生中断或DMA请求。

使用UART的最简单情况是只使用3根线：Tx用于数据发送，Rx用于数据接收，GND是双方地线，提供通信双方的参考电平，如图1所示：



其中电平转换器的作用是完成通信双方之间的电平转换，这又牵扯到RS232电平和CMOS电平，咱可以不管它，可以直接假设PC机的Rx、Tx粉笔用两根线直接与SC2440的Tx、Rx相连就行了，即，PC机发送端Tx发送一个数据，S3C2440接收端Rx就能接收到该数据，反之亦然。

S3C2440处理器UART工作原理：

S3C240的3个UART包括可编程的波特率，红外(IR)发射/接收，一个或两个停止位，5位、6位、7位或8位的数据宽度，和奇偶校验位。（不很懂是吧，其实我开始也不懂，这是什么玩意儿）

每个UART包含一个波特率发生器、发送器、***和一个控制单元，如图2所示。波特率发生器的输入时钟有3种：PCLK、FCLK/n、UEXTCLK(外部输入时钟)。




结合上图，数据收发原理如下：

UART包含两种工作模式，FIFO模式和非FIFO模式。

● FIFO模式数据收发过程

发送数据：在发送数据之前，先将数据写入到发送FIFO，然后数据从发送FIFO复制到发送移位寄存器，最后将数据从数据引脚(TxDn)移出。

接收数据：数据从RxDn引脚一位一位地接收到接收移位寄存器，然后数据从接收移位寄存器复制到接收FIFO，最后，CPU可通过数据总线从接收FIFO中读取数据，

如图2中黑色虚线所示。

● 非FIFO模式数据收发过程

发送数据： 在发送数据之前，先将数据写入到发送保持寄存器，然后数据从发送保持寄存器复制到发送移位寄存器，最后将数据从数据引脚(TxDn)移出，如图2

中黑色粗实线所示。

接收数据：数据从RxDn引脚一位一位地接收到接收移位寄存器，然后数据从接收移位寄存器复制到接收保持寄存器，最后，CPU可以从接收保持寄存器中读取数据，

如图2中黑色虚线所示。

注意：从图2中可以很容易看出发送FIFO和发送保持寄存器、接收FIFO和接收保持寄存器的关系。发送保持寄存器只是发送FIFO中的一个字节，接收保持寄存器只是接收FIFO中的一个字节。其实，非FIFO模式FIFO可以理解为FIFO模式的一个特例，此时，FIFO寄存器只有一个字节，而在FIFO模式时，FIFO寄存器有64个字节。

下面就以非FIFO模式讲解，嘿嘿，其实，FIFO模式我不会用，至少是在平时的程序中没有用到。

UART引脚及相关寄存器

S3C2440的引脚是复用的，可以通过编程将同一个引脚设置为不同的功能，UART也不例外。前文讲到在最简单的情况下，UART只需要3根线就可以实现通信功能，出去GND外，只有两根线：一根数据发送线TXD，一根数据接收线RXD。下图为S3C2440关于UART的引脚安排图：




本实验咱们使用UART0，从上图可以看出，TXD0与GPH2是复用的，RXD0与GPH3是复用的。

因此，使用UART0，首先应将GPH2设置为TXD0功能，将GPH3设置为RXD0功能：

GPHCON&=~((3<<4)|(3<<6)); //GPH2--TXD0;GPH3--RXD0

GPHCON|=((2<<4)|(2<<6)); //设置GPH2、GPH3为TXD0、RXD0功能

然后是初始化与UART0相关的寄存器。

S3C2440处理器串口具有很多功能。例如，支持FIFO模式、硬件流控、接收中断、接收超时、接收错误状态中断使能等功能。但是，对于我这样的初学入门者，不需要过多的了解这些功能，入门级的学习只需要实现如下功能：从计算机通过串口发送一个字符给S3C2440，S3C2440收到后通过串口发给计算机。

总体来说，实现上述功能只需要初始化以下6个寄存器：ULCONn、UCONn、UBRDIVn、UTRSTATn、URXHn、UTXHn。那么咱接下来就介绍一下这些寄存器中与UART相关的位。



● ULCONn（UART LINE CONTROL REGISTER）

主要设置数据的长度、停止位和校验位信息，这些东西很重要的奥，设置串口调试器的时候就得依据它。



表1 ULCONn寄存器

ULCONn	位	描述	初始状态
Reserved	[7]	-	0
红外模式	[6]	0：正常模式 1：红外发送/接收模式	0
校验位	[5:3]	0xx：无校验 100：奇校验 101：偶校验	000
停止位宽度	[2]	0：每帧数据有1个停止位 1：每帧数据有2个停止位	0
数据位宽度	[1:0]	00：5位 01：6位 10：7位 11：8位	00

● UCONn（UART CONTROL REGISTER）

主要用于设置数据发送和接收的模式，中断方式还是查询模式。



表2 UCONn寄存器

UCONn	位	描述
时钟选择	[11:10]	x0：PCLK 01： UEXTCLK 11：FCLK/n
接收模式	[3:2]	00：关闭 01：中断模式或者查询模式
发送模式	[1:0]	00：关闭 01：中断模式或者查询模式

从表2和图2可以看出，UCONn的第10~11位用于选择波特率发生器的输入时钟。咱们接下来的实验选择的是PCLK。

● UBRDIVn（UART BAUD RATE DIVISOR REGISTER）

主要用于设置波特率。


UART模块有3个UART波特率除数寄存器：UBRDIV0、UBRDIV1和UBRDIV2。根据所需的波特率和选定的时钟源，波特率除数寄存器（UBRDIVn）的值可以用如下计算得到：

UBRDIVn=(int)(UART clock / (baud rate×16))-1

其中，UART clock对应着图2中波特率发生器的3种输入时钟的一个，baud rate是用户所需要的波特率，最前面用了强制类型，将计算结果转换为整数存储在UBRDIVn中。

例如：如果要求串口通信的波特率是115 200，波特率发生器的输入时钟选择PCLK=50MHz，那么

UBRDIVn=(int)(50 000 000 / (115 200×16))-1

=(int)(27.1)-1

=27-1

=26

● UTRSTATn（UART TX/RX STATUS REGISTER）

该寄存器包含发送和接收是否完成的状态位。

表4 UTRSTATn寄存器

UTRSTATn	位	描述	初始状态
发送空	[2]	当发送缓冲器无有效数据且最后一字节数据被发送后，该位自动置1 0：数据发送未完成 1：发送空	1
接收数据就绪	[0]	当接收缓冲器中接收到有效数据后，该位自动置1 0：未接收到有效数据 1：接收到有效数据	0

咱们接下来的实验中就用到这两条语句：

while(!(UTRSTAT0&(1<<2))); //等待发送完成

while(!(UTRSTAT0&(1<<0))); //查询是否接收到有效数据

● URXHn（UART RECEIVE BUFFER REGISTER ）

接收数据缓冲区寄存器，8位数据长度，当接收到数据后，从CPU可以从该寄存器读取接收到的数据。

例如：使用UART第0通道从RXD接收数据可以使用以下方法：

unsigned char c;

while(!(UTRSTAT0&(1<<0))); //等待接收完毕

c=URXH0;

● UTXHn（UART TRANSMIT BUFFER REGISTER）

发送数据缓冲区寄存器，8位数据长度，当发送数据时，将要发送的数据写入该寄存器，即可自动发送。

例如：使用UART 第0通道发送数据可以使用以下方法：

UTXH0=c;

while(!(UTRSTAT0&(1<<2))); //等待发送完成

UART基础实验

本实验要实现的功能：PC通过串口发送一个字符给S3C2440，S3C2440收到后通过串口发给PC。该实验的文件布局图如下：





main.c文件内容：



#include"uart.h"

int main()

{

unsigned char a;

Uart0_Init(115200); //初始化并设置波特率为115 200

while(1)

{

a=getc(); //获取串口输入的字符

putc(a); //PC机显示同通过串口接收到的字符

}

}

uart.c文件内容：

#include<s3c2440.h>

#include"uart.h"

#define PCLK 50000000

#define UART_BRD (int)((PCLK/(baudrate*16))-1)

/***********************************************

*函数名称：void Uart0_Init(unsigned int baudrate)

*参数说明：baudrate：波特率

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功 能：对UART0进行初始化

************************************************/

void Uart0_Init(unsigned int baudrate)

{

GPHCON&=~((3<<4)|(3<<6)); //GPH2--TXD0;GPH3--RXD0

GPHCON|=((2<<4)|(2<<6)); //设置GPH2、GPH3为TXD0、RXD0功能

GPHUP=0x00; //上拉电阻使能

ULCON0|=0x03; //设置数据发送格式：8个数据位，1个停止位，无校验位

UCON0=0x05; //发送模式和接收模式都使用查询模式

UBRDIV0=UART_BRD; //设置波特率，其中波特率作为一个参数传递到该初始化函数

URXH0=0; //将URXH0清零

}

/***********************************************

*函数名称：void putc(unsigned char c)

*参数说明：c:通过串口接收到的字符，注意这里是8位数据

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功 能：将通过串口接收到的字符发送给PC机并显示在

* 串口调试工具。

************************************************/

void putc(unsigned char c)

{

UTXH0=c;

while(!(UTRSTAT0&(1<<2))); //等待发送完成

}

/***********************************************

*函数名称：unsigned char getc(void)

*参数说明：无

*返 回 值：c:通过串口接收到的字符，注意这里是8位数据

*全局变量: 无

*功 能：接收并保存通过串口输入的数据

************************************************/

unsigned char getc(void)

{

unsigned char c;

while(!(UTRSTAT0&(1<<0))); //查询是否接收到有效数据

c=URXH0;

return c;

}

uart.h文件内容：



#ifndef __UART_H__

#define __UART_H__

/***********************************************

*函数名称：void Uart0_Init(unsigned int baudrate)

*参数说明：baudrate：波特率

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功 能：对UART0进行初始化

************************************************/

void Uart0_Init(unsigned int baudrate);

/***********************************************

*函数名称：void putc(unsigned char c)

*参数说明：c:通过串口接收到的字符，注意这里是8位数据

*返 回 值：无

*全局变量: 无

*功 能：将通过串口接收到的字符发送给PC机并显示在

* 串口调试工具。

************************************************/

void putc(unsigned char c);

/***********************************************

*函数名称：unsigned char getc(void)

*参数说明：无

*返 回 值：c:通过串口接收到的字符，注意这里是8位数据

*全局变量: 无

*功 能：接收并保存通过串口输入的数据

************************************************/

unsigned char getc(void);

#endif

到此，UART的实验代码已经贴出来了，我将它也传到了：
http://download.csdn.net/detail/mybelief321/5388469
点击打开链接可以自行下载，下载后直接打开工程，设置好串口后，可以直接make并调试。
注意：
①我使用的串口调试工具为SecureCRT，其实你用哪个串口调试工具都行，主要是得设置好出啊某调制工具的波特率也为115200，要不然接收到的就是乱码，因为时序不同步。



②在设置的时候不要忘了把那个Ext_RAM拷贝到工程目录中，并修改为 LOAD .\uart0.axf INCREMENTAL，你只要记得.\***.axf 时刻与下图红色圈出的内容一致就行了，它就是你的工程名。




③记得要时钟初始化，因为咱们本实验UART的时钟源为PCLK。很简单，还是直接修改S3C2440.s中的一行代码：
将CLOCK_SETUP EQU 0修改为CLOCK_SETUP EQU 1