【ARM】IMX6UL串口通信

串口这个东西很重要，罗里吧嗦的就不说了
参考资料：IMX6U参考手册，正点原子嵌入式linux驱动开发指南

1.UART简介

UART作为串口的一种，工作原理就是数据一位一位的进行传输，发送和接收各用一条线，因为UART接口与外界相连最少需要三个线：TXD、RXD、GND。UART的通信格式如下：

空闲位： 数据线在空闲状态的时候为逻辑"1"状态，表示没有数据线空闲，没有数据传输。
起始位： 当要传输数据的时候先传输一个逻辑0，也就是将数据线拉低，表示开始数据传输。
数据位： 数据位就是实际要传输的数据，数据位数可选择5~8，一般按照字节传输数据，一个字节 8 位，因此数据位通常是 8 位的。低位在前，先传输，高位最后传输。
奇偶校验位： 这是对数据中“1”的位数进行奇偶校验用的，可以不使用奇偶校验功能。
停止位： 数据传输完成标志位，停止位的位数可以选择 1 位、 1.5 位或 2 位高电平，一般都
选择 1 位停止位。

I.MX6U 一共有 8 个 UART，其主要特性如下：
①、兼容 TIA/EIA-232F 标准，速度最高可到 5Mbit/S。
②、支持串行 IR 接口，兼容 IrDA，最高可到 115.2Kbit/s。
③、支持 9 位或者多节点模式(RS-485)。
④、 1 或 2 位停止位。
⑥、可编程的奇偶校验(奇校验和偶校验)。
⑦、自动波特率检测(最高支持 115.2Kbit/S)。

UART的时钟源是由寄存器CCM_CSCDR1的UART_CLK_SEL位确定的，当为0的时候UART的时钟源为pll3_80m(80MHz)，如果为 1 的时候 UART 的时钟源为 osc_clk(24M)，一般选择 pll3_80m 作为 UART 的时钟源。寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_PODF(bit5:0)位是 UART 的时钟分频值，可设置 0~63，分别对应 1~64 分频，一般设置为 1 分频，因此最终进入 UART 的时钟为 80MHz

2.和UART相关的寄存器

• UARTx_UCR1(x=1~8)
• UARTx_UCR2
• UARTx_UCR3
• UARTx_USR2
• UARTx_UFCR
• UARTx_UBIR
• UARTx_UBMR
• UARTx_URXD
• UARTx_UTXD

UARTx_UCR1

寄存器 UARTx_UCR1 我们用到的重要位如下：
**ADBR(bit14)：**自动波特率检测使能位，为 0 的时候关闭自动波特率检测，为 1 的时候使
能自动波特率检测。
** UARTEN(bit0): ** UART 使能位，为 0 的时候关闭 UART，为 1 的时候使能 UART

UARTx_UCR2

寄存器 UARTx_UCR2 用到的重要位如下：
IRTS(bit14)： 为 0 的时候使用 RTS 引脚功能，为 1 的时候忽略 RTS 引脚。
PREN(bit8)： 奇偶校验使能位，为 0 的时候关闭奇偶校验，为 1 的时候使能奇偶校验。
PROE(bit7)： 奇偶校验模式选择位，开启奇偶校验以后此位如果为 0 的话就使用偶校验，此位为 1 的话就使能奇校验。
STOP(bit6)： 停止位数量，为 0 的话 1 位停止位，为 1 的话 2 位停止位。
WS(bit5)： 数据位长度，为 0 的时候选择 7 位数据位，为 1 的时候选择 8 位数据位。
TXEN(bit2)： 发送使能位，为 0 的时候关闭 UART 的发送功能，为 1 的时候打开 UART的发送功能。
RXEN(bit1)： 接收使能位，为 0 的时候关闭 UART 的接收功能，为 1 的时候打开 UART的接收功能。
SRST(bit0)： 软件复位，为 0 的是时候软件复位 UART，为 1 的时候表示复位完成。复位完成以后此位会自动置 1， 表示复位完成。此位只能写 0，写 1 会被忽略掉。

UARTx_UCR3

RXDMUXSEL(bit2): 始终为1

UARTx_USR2

寄存器 UARTx_USR2 用到的重要位如下：
**TXDC(bit3)：**发送完成标志位，为 1 的时候表明发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空，也就是发送完成，向 TxFIFO 写入数据此位就会自动清零。
**RDR(bit0)：**数据接收标志位，为 1 的时候表明至少接收到一个数据，从寄存器UARTx_URXD 读取数据接收到的数据以后此为会自动清零。

UARTx_UFCR 、 UARTx_UBIR 和 UARTx_UBMR

UARTx_UFCR 中我们要用到的是位 RFDIV(bit9:7)，用来设置参考时钟分频

这三个寄存器设置UART的波特率，波特率的计算公式如下：

Ref Freq： 经过分频以后进入 UART 的最终时钟频率。
UBMR： 寄存器 UARTx_UBMR 中的值。
UBIR： 寄存器 UARTx_UBIR 中的值。

比如现在要设置 UART 波特率为 115200，那么可以设置 RFDIV 为5(0b101)，也就是 1 分频，因此 Ref Freq=80MHz。设置 UBIR=71， UBMR=3124，根据上面的公式可以得到：

UARTx_URXD 和 UARTx_UTXD

UARTx_URXD 和 UARTx_UTXD，这两个寄存器分别为 UART 的接收和发送数据寄存器，这两个寄存器的低八位为接收到的和要发送的数据。读取寄存器UARTx_URXD 即可获取到接收到的数据，如果要通过 UART 发送数据，直接将数据写入到寄存器 UARTx_UTXD 即可。

3.UART1 的配置

1、设置 UART1 的时钟源
设置 UART 的时钟源为 pll3_80m，设置寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL 位为 0即可。
2、初始化 UART1
初始化 UART1 所使用 IO，设置 UART1 的寄存器 UART1_UCR1~UART1_UCR3，设置内容包括波特率，奇偶校验、停止位、数据位等等。
3、使能 UART1
UART1 初始化完成以后就可以使能 UART1 了，设置寄存器 UART1_UCR1 的位 UARTEN为 1。
4、编写 UART1 数据收发函数
编写两个函数用于 UART1 的数据收发操作

下面是相关的函数

/*
 * @description : 初始化串口1,波特率为115200
 * @param		: 无
 * @return		: 无
 */
void uart_init(void)
{
	/* 1、初始化串口IO 			*/
	uart_io_init();

	/* 2、初始化UART1  			*/
	uart_disable(UART1);	/* 先关闭UART1 		*/
	uart_softreset(UART1);	/* 软件复位UART1 		*/

	UART1->UCR1 = 0;		/* 先清除UCR1寄存器 */
	
	/*
     * 设置UART的UCR1寄存器，关闭自动波特率
     * bit14: 0 关闭自动波特率检测,我们自己设置波特率
	 */
	UART1->UCR1 &= ~(1<<14);
	
	/*
     * 设置UART的UCR2寄存器，设置内容包括字长，停止位，校验模式，关闭RTS硬件流控
     * bit14: 1 忽略RTS引脚
	 * bit8: 0 关闭奇偶校验
     * bit6: 0 1位停止位
 	 * bit5: 1 8位数据位
 	 * bit2: 1 打开发送
 	 * bit1: 1 打开接收
	 */
	UART1->UCR2 |= (1<<14) | (1<<5) | (1<<2) | (1<<1);

	/*
     * UART1的UCR3寄存器
     * bit2: 1 必须设置为1！参考IMX6ULL参考手册3624页
	 */
	UART1->UCR3 |= 1<<2; 
	
	/*
	 * 设置波特率
	 * 波特率计算公式:Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)) 
	 * 如果要设置波特率为115200，那么可以使用如下参数:
	 * Ref Freq = 80M 也就是寄存器UFCR的bit9:7=101, 表示1分频
	 * UBMR = 3124
 	 * UBIR =  71
 	 * 因此波特率= 80000000/(16 * (3124+1)/(71+1))=80000000/(16 * 3125/72) = (80000000*72) / (16*3125) = 115200
	 */
	UART1->UFCR = 5<<7; //ref freq等于ipg_clk/1=80Mhz
	UART1->UBIR = 71;
	UART1->UBMR = 3124;

#if 0
	 uart_setbaudrate(UART1, 115200, 80000000); /* 设置波特率 */
#endif

	/* 使能串口 */
	uart_enable(UART1);
}

/*
 * @description : 初始化串口1所使用的IO引脚
 * @param		: 无
 * @return		: 无
 */
void uart_io_init(void)
{
	/* 1、初始化IO复用 
     * UART1_RXD -> UART1_TX_DATA
     * UART1_TXD -> UART1_RX_DATA
	 */
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0);	/* 复用为UART1_TX */
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0);	/* 复用为UART1_RX */

	/* 2、配置UART1_TX_DATA、UART1_RX_DATA的IO属性 
 	*bit 16:0 HYS关闭
 	*bit [15:14]: 00 默认100K下拉
 	*bit [13]: 0 keeper功能
 	*bit [12]: 1 pull/keeper使能
 	*bit [11]: 0 关闭开路输出
 	*bit [7:6]: 10 速度100Mhz
 	*bit [5:3]: 110 驱动能力R0/6
 	*bit [0]: 0 低转换率
 	*/
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0x10B0);
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0x10B0);
}

/*
 * @description 		: 波特率计算公式，
 *    			  	  	  可以用此函数计算出指定串口对应的UFCR，
 * 				          UBIR和UBMR这三个寄存器的值
 * @param - base		: 要计算的串口。
 * @param - baudrate	: 要使用的波特率。
 * @param - srcclock_hz	:串口时钟源频率，单位Hz
 * @return		: 无
 */
void uart_setbaudrate(UART_Type *base, unsigned int baudrate, unsigned int srcclock_hz)
{
    uint32_t numerator = 0u;		//分子
    uint32_t denominator = 0U;		//分母
    uint32_t divisor = 0U;
    uint32_t refFreqDiv = 0U;
    uint32_t divider = 1U;
    uint64_t baudDiff = 0U;
    uint64_t tempNumerator = 0U;
    uint32_t tempDenominator = 0u;

    /* get the approximately maximum divisor */
    numerator = srcclock_hz;
    denominator = baudrate << 4;
    divisor = 1;

    while (denominator != 0)
    {
        divisor = denominator;
        denominator = numerator % denominator;
        numerator = divisor;
    }

    numerator = srcclock_hz / divisor;
    denominator = (baudrate << 4) / divisor;

    /* numerator ranges from 1 ~ 7 * 64k */
    /* denominator ranges from 1 ~ 64k */
    if ((numerator > (UART_UBIR_INC_MASK * 7)) || (denominator > UART_UBIR_INC_MASK))
    {
        uint32_t m = (numerator - 1) / (UART_UBIR_INC_MASK * 7) + 1;
        uint32_t n = (denominator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
        uint32_t max = m > n ? m : n;
        numerator /= max;
        denominator /= max;
        if (0 == numerator)
        {
            numerator = 1;
        }
        if (0 == denominator)
        {
            denominator = 1;
        }
    }
    divider = (numerator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;

    switch (divider)
    {
        case 1:
            refFreqDiv = 0x05;
            break;
        case 2:
            refFreqDiv = 0x04;
            break;
        case 3:
            refFreqDiv = 0x03;
            break;
        case 4:
            refFreqDiv = 0x02;
            break;
        case 5:
            refFreqDiv = 0x01;
            break;
        case 6:
            refFreqDiv = 0x00;
            break;
        case 7:
            refFreqDiv = 0x06;
            break;
        default:
            refFreqDiv = 0x05;
            break;
    }
    /* Compare the difference between baudRate_Bps and calculated baud rate.
     * Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)).
     * baudDiff = (srcClock_Hz/divider)/( 16 * ((numerator / divider)/ denominator).
     */
    tempNumerator = srcclock_hz;
    tempDenominator = (numerator << 4);
    divisor = 1;
    /* get the approximately maximum divisor */
    while (tempDenominator != 0)
    {
        divisor = tempDenominator;
        tempDenominator = tempNumerator % tempDenominator;
        tempNumerator = divisor;
    }
    tempNumerator = srcclock_hz / divisor;
    tempDenominator = (numerator << 4) / divisor;
    baudDiff = (tempNumerator * denominator) / tempDenominator;
    baudDiff = (baudDiff >= baudrate) ? (baudDiff - baudrate) : (baudrate - baudDiff);

    if (baudDiff < (baudrate / 100) * 3)
    {
        base->UFCR &= ~UART_UFCR_RFDIV_MASK;
        base->UFCR |= UART_UFCR_RFDIV(refFreqDiv);
        base->UBIR = UART_UBIR_INC(denominator - 1); //要先写UBIR寄存器，然后在写UBMR寄存器，3592页 
        base->UBMR = UART_UBMR_MOD(numerator / divider - 1);
    }
}

/*
 * @description : 关闭指定的UART
 * @param - base: 要关闭的UART
 * @return		: 无
 */
void uart_disable(UART_Type *base)
{
	base->UCR1 &= ~(1<<0);	
}

/*
 * @description : 打开指定的UART
 * @param - base: 要打开的UART
 * @return		: 无
 */
void uart_enable(UART_Type *base)
{
	base->UCR1 |= (1<<0);	
}

/*
 * @description : 复位指定的UART
 * @param - base: 要复位的UART
 * @return		: 无
 */
void uart_softreset(UART_Type *base)
{
	base->UCR2 &= ~(1<<0); 			/* UCR2的bit0为0，复位UART  	  	*/
	while((base->UCR2 & 0x1) == 0); /* 等待复位完成 					*/
}

/*
 * @description : 发送一个字符
 * @param - c	: 要发送的字符
 * @return		: 无
 */
void putc(unsigned char c)
{
	while(((UART1->USR2 >> 3) &0X01) == 0);/* 等待上一次发送完成 */
	UART1->UTXD = c & 0XFF; 				/* 发送数据 */
}

/*
 * @description : 发送一个字符串
 * @param - str	: 要发送的字符串
 * @return		: 无
 */
void puts(char *str)
{
	char *p = str;

	while(*p)
		putc(*p++);
}

/*
 * @description : 接收一个字符
 * @param 		: 无
 * @return		: 接收到的字符
 */
unsigned char getc(void)
{
	while((UART1->USR2 & 0x1) == 0);/* 等待接收完成 */
	return UART1->URXD;				/* 返回接收到的数据 */
}

/*
 * @description : 防止编译器报错
 * @param 		: 无
 * @return		: 无
 */
void raise(int sig_nr) 
{

}