S5PV210串口通信学习

ARM裸机学习——S5PV210串口通信

一、串口通信相关概念及原理
异步串行：universal asynchronous reciver and transmitter，通用异步收发器，简称UART
同步串行：SPI（Serial Peripheral interface），串行外围设备接口
1.电平信号
在串口中使用2根线，一根是GND，一根是信号线；通过比较2根线之间的电压差得到信号，如电压差为5V表示1，为0V表示0.
2.差分信号
差分信号也是2根线，没有表示GND的线了，都是信号线，由信号线之间的电压差来表示1和0
3.TTL电平
TTL电平（全名是晶体管-晶体管逻辑集成电路(Transistor-Transistor Logic)），一般用5V表示1，0V表示0
4.RS232电平
RS232电平，逻辑1的电平为-3～-15V，逻辑0的电平为+3～+15V，注意电平的定义反相了一次。
5.并行接口和串行接口
这2个其实就是表示同时可以传递的数据量是多少，在使用电平信号传递时，传递一个二进制位需要1根线，如果有3根线（RXD,TXD,GND），那么一次就能同时传递2个二进制位，要传递8位二进制也就是一个字符，则需要9根线；如果采用差分信号，传递一个二进制位就需要2根线，要传递8位二进制位的话就需要16根线了。
6.起始位、数据位、奇偶校验位、停止位
这4个组合起来就是一个通信单元，暂且叫做一帧数据（注意：实际上数据帧是表示N字节，在这N字节中有包括信息头、数据、校验等多个8位二进制单元组合而成，除了数据以外，其他的是自己定义的），通常数据位用8位二进制来表示，这是因为我们通常我们通过串口传递的数据按照字符格式也就是ASCII码进行编码，刚好就是8位。奇偶校验位就是计算出数据位中1的个数是多少，奇数个校验位就是1，偶数个就是0 。停止位就表示这一个通信单元的数据已经发送完毕，可以开始下一次发送了，或者不发送，一般用1位，1.5位，2位等来表示停止位
7.波特率
波特率就是表示每1秒可以发送多少个二进制位，如波特率位115200，那么发送一个二进制位的时间就是1/115200，波特率不能随便乱设置，一般从几个常用的值中选择一个就可以了，如9600（51单片机）、115200（高速单片机、ARM），发送方和接收放的波特率必须设成一致。
8.同步和异步
同步：发送方和接收方必须工作在同一个时钟频率，发送方和接收方随时都在通信
异步：发送方和接收方工作时钟频率由自己决定，不一定随时在发，发一会儿，休息一会儿再发
9.单工通信，半工通信，全工通信
单工：单向通信，只有2根线，要么只能发送，要么只能接收，发送方和接收方是固定方向的
半工：可以双向通信，有3根线，但是同一时刻只能发送或者接收，不能同时进行
全工：3根线，发送的同时也可以接收
10.串口通信的接口DB9


早期的计算机由于主要是用串口来进行通信，对数据的准确度要求严格，因此加入了流控，也就是除GND、TXD、RXD其他的引脚。
而现在可以使用其他的方式来进行通信，例如USB、Internet，所以基本上就三根线
二.S5PV210的串口
1.S5PV210有4个串口，分别是UART0，UART1，UART2，UART3，我所使用的开发板只引出了2个串口UART0和UART2
简介：
S5PV210每个串口支持的最大波特率位3Mbps。
每个串口都有2个FIFO来接收和发送数据：串口0，256字节；串口1，64字节；串口2、3，16字节
每个UART都包含一个transmitter（发送器）、receiver（接收器）、control unit（控制单元）、baud-rate generator（波特率产生器）
baud-rate generator（波特率产生器）使用的时钟是PCLCK_PSYS或者SCLK_UART
原理图：

Peripheral BUS：外围设备总线（APB总线），也是时钟来源
transmitter：包含一个transmitter buffer register（发送缓冲区，将要发送的数据编码后放入这个缓冲区）和transmitter shifter（发送移位器，硬件自动完成移位，将发送缓冲区的数据移位到Tx信号线上）
receiver：同transmitter。
以下摘自《朱有鹏老师物联网大讲堂-ARM裸机串口通信部分课堂记录》
(1)串口通信分为发送/接收2部分。发送方一般不需要（也可以使用）中断即可完成发送，接收方必须（一般来说必须，也可以轮询方式接收）使用中断来接收。
(2)发送方可以选择使用中断，也可以选择不使用中断。使用中断的工作情景是：发送方先设置好中断并绑定一个中断处理程序，然后发送方丢一帧数据给transmitter，transmitter发送耗费一段时间来发送这一帧数据，这段时间内发送方CPU可以去做别的事情，等transmitter发送完成后会产生一个TXD中断，该中断会导致事先绑定的中断处理程序执行，在中断处理程序中CPU会切换回来继续给transmitter放一帧数据，然后CPU切换离开；不使用中断的工作情景是：发送方事先禁止TXD中断（当然也不需要给相应的中断处理程序了），发送方CPU给一帧数据到transmitter，然后transmitter耗费一段时间来发送这帧数据，这段时间CPU在这等着（CPU没有切换去做别的事情），待发送方发送完成后CPU再给它一帧数据继续发送直到所有数据发完。CPU是怎么知道transmitter已经发送完了？原来是有个状态寄存器，状态寄存器中有一个位叫发送缓冲区空标志，transmitter发送完成（发送缓冲区空了）就会给这个标志位置位，CPU就是通过不断查询这个标志位为1还是0来指导发送是否已经完成的。
(3)因为串口通信是异步的，异步的意思就是说发送方占主导权。也就是说发送方随时想发就能发，但是接收方只有时刻等待才不会丢失数据。所以这个差异就导致发送方可以不用中断，而接收方不得不使用中断模式。

2.S5PV210串口编程
    (1).根据底板原理图发现串口TXD、RXD分别接到了GPA0_1和GPA0_0上，需将GPA0_1和GPA0_0配置成UART模式，即设置GPA0CON[0]为0x0010，GPA0CON[1]为0x0010

#define GPA0CON 0xE0200000
#define rGPA0CON (*(volatile unsigned int *)GPA0CON)

rGPA0CON &= ~0xff;
rGPA0CON |= 0x22;

    (2).设置相关寄存器（本次使用的是UART0，没有用到中断，所以就不配置中断相关的寄存器）
        a.ULCON0: Specifies the UART Channel 0 Line Control Register
        b.UCON0:Specifies the UART Channel 0 Control Register
        c.UFCON0:Specifies the UART Channel 0 FIFO Control Register
        d.UMCON0:Specifies the UART Channel 0 Modem Control Register
        e.UTRSTAT0:Specifies the UART Channel 0 Tx/Rx Status Register
        f.UTXH0:Specifies the UART Channel 0 Transmit Buffer Register
        g.URXH0:Specifies the UART Channel 0 Receive Buffer Register
        h.UBRDIV0:Specifies the UART Channel 0 Baud Rate Divisor Register
        i.UDIVSLOT0:Specifies the UART Channel 0 Dividing Slot Register

/*UART*/
#define ULCON0      0xE2900000
#define UCON0       0xE2900004
#define UFCON0      0xE2900008
#define UMCON0      0xE290000C
#define UTRSTAT0    0xE2900010
#define UTXH0       0xE2900020
#define URXH0       0xE2900024
#define UBRDIV0     0xE2900028
#define UDIVSLOT0   0xE290002C

#define rULCON0         (*(volatile unsigned int *)ULCON0)
#define rUCON0          (*(volatile unsigned int *)UCON0)
#define rUFCON0         (*(volatile unsigned int *)UFCON0)
#define rUMCON0         (*(volatile unsigned int *)UMCON0)
#define rUTRSTAT0       (*(volatile unsigned int *)UTRSTAT0)
#define rUTXH0          (*(volatile unsigned int *)UTXH0)
#define rURXH0          (*(volatile unsigned int *)URXH0)
#define rUBRDIV0        (*(volatile unsigned int *)UBRDIV0)
#define rUDIVSLOT0      (*(volatile unsigned int *)UDIVSLOT0)

/*GPIO*/
#define GPA0CON     0xE0200000

#define rGPA0CON (*(volatile unsigned int *)GPA0CON)


void uart_init(void)
{
    /*初始化GPA0CON*/
    rGPA0CON &= ~0xff;
    rGPA0CON |= 0x22;

    /*初始化UART0相关寄存器*/
    rULCON0 = 0x3;      //数据位为8位
    rUCON0 = 0x5;       //时钟源选择PCLK_PSYS,无中断
    rUFCON0 = 0x0;      //关闭FIFO
    rUMCON0 = 0x0;      //关闭流控AFC

/*
*波特率设置
*本次使用的是PCLK_PSYS,而根据官方手册得出PCLK_PSYS = 66MHz,实际上通过计算得出应为66.7MHz
*   DIV_VAL = UBRDIVn + (num of 1's in UDIVSLOTn)/16
*   DIV_VAL = (PCLK / (bps x 16)) −1
*   or
*   DIV_VAL = (SCLK_UART / (bps x 16)) −1
*   (num of 1's in UDIVSLOTn)/16 = 余数
*
*1.用66MHz来计算
*   DIV_VAL =  (66000000/115200/16-1) = 34.8    
*   0.8 * 16 = 12.8     13个1  通过查看手册UDIVSLOT0的值应设置为0xDFDD(1101_1111_1101_1101b)
***************************************************************************************************
*2.用66.7MHz来计算
*   DIV_VAL = (66700000/115200/16-1) = 35.2
*   0.2 * 16 = 3.2      3个1  通过查看手册UDIVSLOT0的值应设置为0x0888(0000_1000_1000_1000b)
*/
    rUBRDIV0 = 0x22;    //34
    rUDIVSLOT0 = 0xDFDD;

    //rUBRDIV0 = 0x23;  //35
    //rUDIVSLOT0 = 0x0888;

}
//UART0发送程序，按字符发送
void uart_send(char c)
{
    //UTRSTAT0[1]   0:空
    while(!(rUTRSTAT0 & 0x2));
    rUTXH0 = c;
}

//UART0接收程序
char uart_receive(void)
{
    //UTRSTAT0[0]   0:空
    while(!(rUTRSTAT0 & 0x1));
    return (rURXH0 & 0xff);
}