嵌入式裸机开发-UART 串口通信
UART
- I.MX6U 串口
-
- I.MX6U 串口简介
-
- UART 简介
- I.MX6U UART 简介
- 硬件原理分析
- 驱动编写
- 总结
- 串口格式化函数
-
- 串口格式化函数简介
- 驱动编写
I.MX6U 串口
I.MX6U 串口简介
UART 简介
UART 通信格式
串口全称叫做串行接口，通常也叫做 COM 接口，串行接口指的是数据一个一个的顺序传输，通信线路简单。
UART 全称是 Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter，全双工异步串行收发器。通过 UART 接口与外界相连最少只需要三条线： TXD(发送)、 RXD(接收)和 GND(地线)
1帧数据=1位起始位+8位数据位+（1位奇偶校验位）+1 ~ 2位停止位。
空闲位：数据线在空闲状态的时候为逻辑“1”状态，也就是高电平，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 位，我们一般都是按照字节传输数据的，一个字节 8 位，因此数据位通常是 8 位的。低位在前，高位在后。
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。
波特率：波特率就是 UART 数据传输的速率，也就是每秒传输的数据位数，一般选择 9600、19200、 115200 等。
UART 电平标准
UART 一般的接口电平有 TTL 和 RS-232。开发板上一般都是TTL电平。
TTL 电平：高电平5V表示逻辑 1，低电平0V表示逻辑 0。
RS-232电平：-3V ~ -15V表示逻辑1，+3V ~ +15V表示逻辑0。
RS422电平和RS485都采用差分传输，利用了两根线A、B的电压差，A
差分传输抗干扰能力强，更适合远距离传输。
以上TTL，RS232，RS422，RS485这些都是电平标准，都能使用UART串口协议，TTL和RS232使用2根数据线+1根地线，RS485使用4根数据线，RS422使用2根数据线且只有它不是全双工。RS-232 电平过去常使用 DB9 接口，现在CH340进行电平转换可使用USB接口。
I.MX6U UART 简介
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)。
关于 UART 其它功能的介绍请参考《I.MX6ULL 参考手册》第 3561 页的
“Chapter 55 UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter(UART)”章节。
UART同样需要选择时钟源和分频值，使用寄存器CCM_CSCDR1。
UART_CLK_SEL(6 bit)：时钟源选择，
当为 0 的时候 UART 的时钟源为 pll3_80m(80MHz)，
当为 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。
UART_CLK_PODF(bit5:0)：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。
UART 的控制寄存器 1，即UARTx_UCR1(x=1~8)。
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。
UART 的控制寄存器 2，即： UARTx_UCR2(x=1~8)。
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，
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。
此位只能写 0复位，复位完成以后此位会自动置 1， 表示复位完成，写 1 会被忽略掉。
UARTx_UCR3 寄存器(x=1~8)。
RXDMUXSEL(bit2)：RXD 复位选择，这个位应该始终为 1。
寄存器 UARTx_USR2，这个是 UART 的状态寄存器 2。
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。
波特率设置用到了 UARTx_UFCR 的 RFDIV 位(bit9:7)、 UARTx_UBMR 和 UARTx_UBIR 三个寄存器。
没想到波特率计算还有一个分频（目前两个分频，一个时钟分频，一个波特率分频）。
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
这个计算公式也搞不通为啥，跟AT89C51的波特率计算都不一样，大概是别人规定好的吧，我越来越觉得嵌入式就是个工具了，[/微笑][/微笑][/微笑]还是多学学算法吧。
寄存器 UARTx_URXD 和 UARTx_UTXD，这两个寄存器的低八位（bit7:bit0）分别为 UART 的接收和发送数据寄存器。
读取寄存器UARTx_URXD 即可获取到接收到的数据，
直接将数据写入到寄存器 UARTx_UTXD 即可发送数据。
UART1 的配置步骤如下：
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。
硬件原理分析
在做实验之前需要用 USB 串口线将串口 1 和电脑连接起来，并且还需要设置 JP5 跳线帽将串口 1 的 RXD、 TXD 两个引脚分别于P116、 P117 连接一起。
驱动编写
uart.h
#ifndef _BSP_UART_H
#define _BSP_UART_H
#include "imx6ul.h"
void uart_init(void);
void putc(unsigned char c);
void puts(char *str);
unsigned char getc(void);
#endif
uart.c
#include "bsp_uart.h"
/*初始化串口 1,波特率为 115200 */
void uart_init(void)
{
//1、初始化串口IO GPIO1_IO16和GPIO1_IO17 复用 保持功能
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0x10B0);
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0); //做接收端，需要额外配置输入寄存器
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0x10B0);
//2、初始化UART1
UART1->UCR1 &= ~(1<<0); //先关闭 UART1
UART1->UCR2 &= ~(1<<0); //软件复位 UART1
while((UART1->UCR2 & 0x01)==0);
UART1->UCR1 = 0; //先清除 UCR1 寄存器
UART1->UCR1 &= ~(1<<14); //关闭自动波特率检测 我们自己设置波特率
UART1->UCR2 |= (1<<14); //忽略 RTS 引脚
UART1->UCR2 &= ~(1<<8); //关闭奇偶校验
UART1->UCR2 &= ~(1<<6); //1 位停止位
UART1->UCR2 |= (1<<5); //8 位数据位
UART1->UCR2 |= (1<<2); //打开发送
UART1->UCR2 |= (1<<1); //打开接收
UART1->UCR3 |= (1<<2); //UCR3 的 bit2 必须为 1
//3、设置波特率 波特率计算公式:Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1))
//Ref Freq = 80M 也就是寄存器 UFCR 的 bit9:7=101, 表示 1 分频 UBMR = 3124 UBIR = 71
//先配置UBIR再配置UBMR
UART1->UFCR = (5<<7);
UART1->UBIR = 71;
UART1->UBMR = 3124;
UART1->UCR1 |= (1<<0); //使能串口
}
/*发送一个字符 8bit*/
void putc(unsigned char c)
{
while(((UART1->USR2>>3) & 0x01)==0); //等待上一次发送完成
UART1->UTXD = c & 0xff;
}
/*发送一个字符串 */
void puts(char *str)
{
char *p=str; //创建一个字符指针
while(*p)
putc(*p++); //一个个发送字符
}
/*接收一个字符 */
unsigned char getc(void)
{
while((UART1->USR2 & 0x01)==0); //等待接收完成
return UART1->URXD;
}
Makefile
$(CC) -Wall -nostdlib -fno-builtin -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<
在编译时候加入了选项“-fno-builtin”，否则编译的时候提示“putc”、“puts”这两个函数与内建函数冲突
总结
UART的驱动编写就是先设置时钟源和分频系数，初始化IO口，先关闭UART，配置相关寄存器，设置波特率，最后使能UART。发送/接受字节之前都要等待发送/接受完成标志，然后再向UTXD/URXD中写入/读取数据。
SecureCRT这个软件可以实现Windows和板子之间的串口通信、SSH通信。
在下载验证时遇到的问题：串口收发数据出现乱码，且键盘输入字符几乎失灵，感觉波特率有问题。
解决问题：使用排除法和标准程序对比，发现波特率设置时候要先配置UBIR，再配置UBMR！
先配置UBIR，再配置UBMR！
先配置UBIR，再配置UBMR！
查阅开发手册的寄存器使用也是如此，检查了好久，在崩溃边缘疯狂试探。
串口格式化函数
串口格式化函数简介
格式化函数说的是 printf、 sprintf 和 scanf 这样的函数，分为格式化输入和格式化输出两类函数。
驱动编写
实现了最基本的字节收发，本章我们就通过移植网上别人已经做好的文件来实现格式化函数。
“站在巨人的肩膀，直接用别人造好的轮子！”
从 uboot 里面移植过来stdio文件夹，文件夹内包含：
这里要注意一点， stdio 中并没有实现完全版的格式化函数，比如 printf 函数并不支持浮点数，但是基本够我们使用了，这样我们就能像C语言编程屏幕交互一样进行PC和arm通信，通过直接调用stdio内写好的库函数，用法类似。
uboot 源码里面其实还有很多其他功能文件。
//直接包含头文件
#include "stdio.h"
//用法和C语言相似
printf("输入两个整数，使用空格隔开:");
scanf("%d %d", &a, &b); /* 输入两个整数 */
printf("\r\n 数据%d + %d = %d\r\n\r\n", a, b, a+b);/* 输出和 */