通用异步收发器UART-学习笔记
《嵌入式linux应用程序开发完全手册》学习笔记...
觉得还是先了解相关的原理后在深入了解代码比较好哈...
UART原理：
通用异步收发器简称UART，它用来传输串行数据。发送数据时，CPU将并行数据写入UART，UART按照一定的格式在一根电线上串行发出；接收数据时，UART检测另一根电线上的信号，将串行数据放在缓冲区中，CPU即可通过UART获得这些数据。UART以全双工方式传输数据，最简单的连接方式只有三根线：TxD用于发送数据，RxD用于接收数据，Gnd用于给双方提供参考电平。
UART使用标准的TTL/CMOS逻辑电平来表示数据，高电平表示1，低电平表示0.为了增强数据的抗干扰能力，提高传输长度，通常将TTL/CMOS逻辑电平转换为RS-232逻辑电平，3~12v表示0，-3~-12V表示1.
TxD、RxD数据线以“位”为最小的数据传输单位。帧由具有完整意义的、不可分割的若干位组成，它包含开始位、数据位、校验位和停止位。发送数据之前UART之间需要约定好数据的传输速率（即每位所占据的时间，其倒数称为波特率）、数据的传输格式（即有多少个数据位、是否使用校验位、是奇校验还是偶校验、有多少个停止位）。
数据传输流程：
1）通常情况下数据线处于“空闲”状态（1状态）。
2）当要发送数据时，UART改变TxD数据线的状态（变为0状态）并维持一位的时间，这样接收方检测到开始位后，再等待1.5位的时间就开始一位一位检测数据线的状态得到所传输的数据。
3）UART一帧中可以有5、6、7或8位的数据，发送方一位一位的改变数据线的状态将它们发送出去，首先发送最低位。
4）如果使用校验功能，UART在发送完数据位后还要发送一个校验位。奇校验和偶校验--------数据位连同检验位中“1”的数据等于奇数或偶数。
5）最后发送停止位，数据线恢复到“空闲”状态（1状态）。停止位的长度有三种：1位，1.5位，2位。
上面介绍了数据在线路当中的传输过程，那么UART的特性是怎么样的呢？
S3C2440有三个独立的通道，每个通道都可以工作于中断模式或者DMA模式。UART由波特率发生器、发送器、接收器和控制器组成。
S3C2440 UART的每个通道都有64个字节的发送FIFO和64字节的接收FIFO。发送数据时，CPU先将数据写入发送FIFO中，然后UART会自动将FIFO的数据复制到“发送移位寄存器（Transmit Shifter）”中，发送移位寄存器将数据一位一位地发送到TxDn数据线上（根据设定的格式，插入开始位，校验位和停止位）。接收数据时，“接收移位器（Receive Shifter）”将RxDn数据线上的数据一位一位接收进来，然后复制到接收FIFO找那个，CPU即可从中读取数据。
S3C2440 UART的使用
在使用UART之前需要设置波特率、传输格式（数据位、校验位、停止位、是否使用流量控制）；对于S3C2440还要选择所涉及管脚为UART功能、选择UART通道的工作模式为中断模式或DMA模式。设置好后往某个寄存器写入数据即可发送，读取某个寄存器即可接收数据。可以通过查询状态寄存器或设置中断来获知数据是否已经发送完毕、是否已经接收到数据。
下面来看具体的实现：
Makefile文件
objs := head.o init.o serial.o main.o
uart.bin: $(objs)
arm-linux-ld -Tuart.lds -o uart_elf $^
arm-linux-objcopy -O binary -S uart_elf $@
arm-linux-objdump -D -m arm uart_elf > uart.dis
%.o:%.c
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<
%.o:%.S
arm-linux-gcc -Wall -O2 -c -o $@ $<
clean:
rm -f uart.bin uart_elf uart.dis *.o
head.S文件
@******************************************************************************
@ File：head.S
@ 功能：设置SDRAM，将程序复制到SDRAM，然后跳到SDRAM继续执行
@******************************************************************************
.extern main
.text
.global _start
_start:
Reset:
ldr sp, =4096 @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈
bl disable_watch_dog @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
bl clock_init @ 设置MPLL，改变FCLK、HCLK、PCLK
bl memsetup @ 设置存储控制器以使用SDRAM
bl copy_steppingstone_to_sdram @ 复制代码到SDRAM中
ldr pc, =on_sdram @ 跳到SDRAM中继续执行
on_sdram:
ldr sp, =0x34000000 @ 设置栈指针
ldr lr, =halt_loop @ 设置返回地址
ldr pc, =main @ 调用main函数
halt_loop:
b halt_loopinit.c文件
/*
* init.c: 进行一些初始化
*/
#include "s3c24xx.h"
void disable_watch_dog(void);
void clock_init(void);
void memsetup(void);
void copy_steppingstone_to_sdram(void);
/*
* 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
*/
void disable_watch_dog(void)
{
WTCON = 0; // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可
}
#define S3C2410_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x04<<4)|(0x00))
#define S3C2440_MPLL_200MHZ ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
/*
* 对于MPLLCON寄存器，[19:12]为MDIV，[9:4]为PDIV，[1:0]为SDIV
* 有如下计算公式：
* S3C2410: MPLL(FCLK) = (m * Fin)/(p * 2^s)
* S3C2410: MPLL(FCLK) = (2 * m * Fin)/(p * 2^s)
* 其中: m = MDIV + 8, p = PDIV + 2, s = SDIV
* 对于本开发板，Fin = 12MHz
* 设置CLKDIVN，令分频比为：FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4，
* FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz
*/
void clock_init(void)
{
// LOCKTIME = 0x00ffffff; // 使用默认值即可
CLKDIVN = 0x03; // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1
/* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */
__asm__(
"mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0\n" /* 读出控制寄存器 */
"orr r1, r1, #0xc0000000\n" /* 设置为“asynchronous bus mode” */
"mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0\n" /* 写入控制寄存器 */
);
/* 判断是S3C2410还是S3C2440 */
if ((GSTATUS1 == 0x32410000) || (GSTATUS1 == 0x32410002))
{
MPLLCON = S3C2410_MPLL_200MHZ; /* 现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz */
}
else
{
MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ; /* 现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz */
}
}
/*
* 设置存储控制器以使用SDRAM
*/
void memsetup(void)
{
volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
/* 这个函数之所以这样赋值，而不是像前面的实验(比如mmu实验)那样将配置值
* 写在数组中，是因为要生成”位置无关的代码”，使得这个函数可以在被复制到
* SDRAM之前就可以在steppingstone中运行
*/
/* 存储控制器13个寄存器的值 */
p[0] = 0x22011110; //BWSCON
p[1] = 0x00000700; //BANKCON0
p[2] = 0x00000700; //BANKCON1
p[3] = 0x00000700; //BANKCON2
p[4] = 0x00000700; //BANKCON3
p[5] = 0x00000700; //BANKCON4
p[6] = 0x00000700; //BANKCON5
p[7] = 0x00018005; //BANKCON6
p[8] = 0x00018005; //BANKCON7
/* REFRESH,
* HCLK=12MHz: 0x008C07A3,
* HCLK=100MHz: 0x008C04F4
*/
p[9] = 0x008C04F4;
p[10] = 0x000000B1; //BANKSIZE
p[11] = 0x00000030; //MRSRB6
p[12] = 0x00000030; //MRSRB7
}
void copy_steppingstone_to_sdram(void)
{
unsigned int *pdwSrc = (unsigned int *)0;
unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30000000;
while (pdwSrc < (unsigned int *)4096)
{
*pdwDest = *pdwSrc;
pdwDest++;
pdwSrc++;
}
}
接下来是serial.c文件，其中涉及到宏定义以及一些寄存器的设置，我们分段来分析。
宏定义部分：
#include "s3c24xx.h"
#include "serial.h"
#define TXD0READY (1<<2)
#define RXD0READY (1)
#define PCLK 50000000 // init.c中的clock_init函数设置PCLK为50MHz
#define UART_CLK PCLK // UART0的时钟源设为PCLK
#define UART_BAUD_RATE 115200 // 波特率
#define UART_BRD ((UART_CLK / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)
/*
* 初始化UART0
* 115200,8N1,无流控
*/
void uart0_init(void)
{
GPHCON |= 0xa0; // GPH2,GPH3用作TXD0,RXD0
GPHUP = 0x0c; // GPH2,GPH3内部上拉
ULCON0 = 0x03; // 8N1(8个数据位，无较验，1个停止位)
UCON0 = 0x05; // 查询方式，UART时钟源为PCLK
UFCON0 = 0x00; // 不使用FIFO
UMCON0 = 0x00; // 不使用流控
UBRDIV0 = UART_BRD; // 波特率为115200
}
从上图中不难看出其使用方法。下面是查询方式的设置：
UCON0共有16位，这里我们只看用到的后四位；0x05为0000 0101，根据上图，将接收和发送都设为查询方式，UART的时钟源设为PCLK。
FIFO、流控以及波特率的设置：
UFCON0 = 0X00;
UMCON0 = 0X00;
#define UART_BAUD_RATE 115200 // 波特率
#define UART_BRD ((UART_CLK / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)
由上面的两行即可计算出UBRDIV的值。
初始化完成，发送字符的函数：
/*
* 发送一个字符
*/
void putc(unsigned char c)
{
/* 等待，直到发送缓冲区中的数据已经全部发送出去 */
while (!(UTRSTAT0 & TXD0READY));
/* 向UTXH0寄存器中写入数据，UART即自动将它发送出去 */
UTXH0 = c;
}可知为判断发送缓冲区数据是否为空。
接收字符函数：
/*
* 接收字符
*/
unsigned char getc(void)
{
/* 等待，直到接收缓冲区中的有数据 */
while (!(UTRSTAT0 & RXD0READY));
/* 直接读取URXH0寄存器，即可获得接收到的数据 */
return URXH0;
}由#define RXD0READY (1)再根据上面的UTRSTAT0寄存器即可知道该句判断是否有新数据。
串口接收数据寄存器URXH0：
数字及英文字符判断：
/*
* 判断一个字符是否数字
*/
int isDigit(unsigned char c)
{
if (c >= '0' && c <= '9')
return 1;
else
return 0;
}
/*
* 判断一个字符是否英文字母
*/
int isLetter(unsigned char c)
{
if (c >= 'a' && c <= 'z')
return 1;
else if (c >= 'A' && c <= 'Z')
return 1;
else
return 0;
}#include "serial.h"
int main()
{
unsigned char c;
uart0_init(); // 波特率115200，8N1(8个数据位，无校验位，1个停止位)
while(1)
{
// 从串口接收数据后，判断其是否数字或子母，若是则加1后输出
c = getc();
if (isDigit(c) || isLetter(c))
putc(c+1);
}
return 0;
}void uart0_init(void);
void putc(unsigned char c);
unsigned char getc(void);
int isDigit(unsigned char c);
int isLetter(unsigned char c);