第六节，ZYNQ的UART

ZYNQ的UART

1 UART的特点

ZYNQ的串口模块是一个全双工的异步接收和发送器，支持宽范围广的软件可编程模块，支持编程配置波特率和数据格式，同时提供自动的奇偶校验和错误检测方案，此外，还为APU提供了接收和发送FIFO。

ZYNQ有两个UART器件，具有以下特性：

1. 可编程波特率发送器；
2. 64个字节接收和发送FIFO；
3. 数据位6，7或者8个比特位；
4. 奇，偶，空格，标记或者没有校验；
5. 1，1.5或者2个停止位；
6. 支持校验，帧和超限错误检测；
7. 支持自动回应，本地环路和远程环路通道模式；
8. 支持产生中断；
9. 在EMIO上，可以使用调制解调器控制信号CTS，RTS，DSR，DTR，RI和DCD；

其结构框如图1所示：

图1 UART的结构体系

APB接口：

通过APB接口，PS可以对UART控制器内部寄存器进行读写操作；

Tx FIFO

Tx FIFO用于保存来自APB接口的写数据，直到发送器模块将其取出并送到发送移位寄存器中，Tx FIFO通过满和空标志来控制流量，此外，还可以设置Tx FIFO的触发等级；

Rx FIFO：

Rx FIFO用于保存来自接收移位寄存器的数据，Rx FIFO的满空标志用于接收数据流量控制，此外，还可以设置Rx FIFO的触发等级；

发送器:

发送器取出发送FIFO中的数据，并将其加载到发送移位寄存器中，将并行数据串行化处理；

接收器：

UART连续采样ua_rxd信号，当检测到低的电平变化时，表示接收数据的开始；

控制和状态模块：

控制寄存器用于使能，禁止和发布软件复位给接收器和发送器模块，还可以配置接收超时和发送断开等特性；模式寄存器通过波特率生成器选择时钟，它也负责选择发送和所接收数据的位的长度，奇偶校验位和停止位，还可以选择UART的工作模式，包含自动回应，本地环路以及远程环路等；

中断控制：

通过通道中断状态寄存器和通道状态寄存器，以及中断控制模块检测来自其他UART模块的事件；通过使用中断使能寄存器和中断禁止寄存器，使能或禁用中断，中断使能或者禁用的状态反映在中断屏蔽寄存器当中；

波特率发生器：

图2给出了波特率发生器的原理，图中CD是波特率发生器的一个位域，用于生成采样率时钟band_sample。

图2 波特率发送器

波特率最后生成主要包括以下3个步骤：

1. UART的时钟选择，可以直接是UART Ref clock，也可以通过旁路进行8分频，该设置在uart.mode_reg0[0]中进行；
2. 对UART时钟进行分频，产生band_sample的频率计算公式如下：

baud_sample = sel_clk/CD

1. 对baud_sample进行再次分频，产生Rx和Tx波特率，该步骤是通过设置BDIV值完成，也就是对uart.Baud_rate_Divider_reg0[7：0]进行设置，波特率计算公式如下：

baud_rate = sel_clk/(CD*(BDIV + 1))

             UART Ref clock，CD和BDIV的值决定了UART的波特率，如果UART_Ref_Clk=50MHz,Uart_ref_clk/8=6.25MHz。图3表示典型的波特率对应的CD和eBDIV值；

图3 CD和eBDIV对应波特率

2 UART使用实例

实例内容：配置好ZYNQ的UART中断，实现中断服务函数，在接收中断中将接收到的数据通过UART发送出来；

配置UART的步骤如下：

1. 通过UART的外设ID找到对应的外设信息；
2. 填充UART外设寄存器基地址和一些相关信息；
3. 配置UART的的GIC中断；
4. 配置UART的中断触发方式（接收或者发送中断）；
5. 设置UART的FIFO触发等级；
6. 使能UART外设；

配置UART的GIC中断步骤如下：

1. 连接到硬件，把对应中断映射到GIC中断请求上；
2. 找到GIC中断，填充GIC中断寄存器基地址和一些相关信息；
3. 找到UART中断源，填充定时器中断寄存器基地址和一些相关信息；
4. 将UART中断映射到定时器中断的中断服务函数上；
5. 使能GIC中断；
6. 使能中断向量表和中断向量表的映射；

程序源码：

//UART的GIC初始化

void Init_Gic_Uart(void)

{

    XScuGic_Config *IntcConfig;

    //connect hardware

    Xil_ExceptionInit();

    Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,

                        (Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler,

                        (void *)&Intc);

    //find XScuGic device

    IntcConfig = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);

    //config XScuGic data

    XScuGic_CfgInitialize(&Intc,IntcConfig,IntcConfig->CpuBaseAddress);

    //GIC Connect to handler function

  XScuGic_Connect(&Intc,UART_IRPT_INTR,(Xil_InterruptHandler)UartIntrHandler, (void *)&Uart);

    //enable XScuGic

    XScuGic_Enable(&Intc,UART_IRPT_INTR);

    //enable exception

    Xil_ExceptionEnable();

    Xil_ExceptionEnableMask(XIL_EXCEPTION_IRQ);

}

 

//UART初始化

void Init_Uart(void)

{

    XUartPs_Config * UartConfigPtr;

    //fined uart device

    UartConfigPtr = XUartPs_LookupConfig(UART_DEVICE_ID);

    //config XUartPs data

    XUartPs_CfgInitialize(&Uart,UartConfigPtr,UartConfigPtr->BaseAddress);

    //set uart mask

    XUartPs_SetInterruptMask(&Uart,XUARTPS_IXR_RXOVR);

    XUartPs_SetFifoThreshold(&Uart,10);

    //enable uart

    XUartPs_EnableUart(&Uart);

}

 

//UART中断服务函数

void UartIntrHandler(void *CallBackRef)

{

    XUartPs *InstancePrt = (XUartPs *)CallBackRef;

    u32 IsrStatus;

    u32 ReceivedCount = 0;

    u32 CsrRegister;

    IsrStatus = XUartPs_ReadReg(InstancePrt->Config.BaseAddress,XUARTPS_IMR_OFFSET);

    IsrStatus &= XUartPs_ReadReg(InstancePrt->Config.BaseAddress,XUARTPS_ISR_OFFSET);

 

    if((IsrStatus & ((u32)XUARTPS_IXR_RXOVR | (u32)XUARTPS_IXR_RXEMPTY | (u32)XUARTPS_IXR_RXFULL)) != (u32)0)

    {

        CsrRegister = XUartPs_ReadReg(InstancePrt->Config.BaseAddress,XUARTPS_SR_OFFSET);

        while((CsrRegister & XUARTPS_SR_RXEMPTY) == (u32)0)

        {

XUartPs_WriteReg(InstancePrt->Config.BaseAddress,XUARTPS_FIFO_OFFSET,XUartPs_ReadReg(InstancePrt->Config.BaseAddress,XUARTPS_FIFO_OFFSET));

            ReceivedCount++;

            CsrRegister = XUartPs_ReadReg(InstancePrt->Config.BaseAddress,XUARTPS_SR_OFFSET);

        }

    }

//  printf("thistimeReceivedCount=%d\r\n",ReceivedCount);

XUartPs_WriteReg(InstancePrt->Config.BaseAddress,XUARTPS_ISR_OFFSET,IsrStatus);

}