S3C2440—5.UART的使用
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一.S3C2440中的UART介绍
UART（universal asynchronous receive transmitter）通用异步收发器，用来收发串行数据，以全双工的形式进行通信，UART使用的电平标准是TTL/CMOS，一帧数据通常包含开始位、数据位、校验位、停止位，UART传输的双方要统一波特率。
S3C2440中有三个UART独立通道，功能类似，下面分块介绍一下UART比较重要的部分。
UART的用途一般有俩种：
1.作为与上位机的通信接口，打印调试信息
2.作为外设模块的驱动接口，连接驱动外设，比如：蓝牙、GPS等
1.1 电平匹配
ARM串口电平为TTL，要根据PC的匹配电平来选择电平转换芯片。
UART直接输出的电平是TTL电平，以前上位机PC端都有RS-232电平（九针接口），所以以前ARM与上位机连接需要TTL转RS-232电平的芯片。RS-232适合长距离传输。
现在，PC上基本没有RS-232接口了，取而代之的是USB接口，所以现在ARM与PC的UART通信都使用TTL转USB芯片了。
1.2 UART数据帧与波特率
一帧数据通常包含开始位、数据位、校验位、停止位。
开始位：UART空闲时，TxD数据线是高电平的（因此需要给相应引脚上拉引脚），将要发送数据时，TxD数据线会以拉低电平作为起始信号，所以“0”电平就相当于开始位。
数据位：数据位包含了要发送的信息，数据位的大小可以通过配置寄存器来确定，通常是8bit。
校验位：为了保证数据传输的准确性，有时会在数据位后面加上一个校验位，分为奇、偶校验，校验规则：数据位+校验位中为1的个数是奇数或者偶数。一般不用。
停止位：会给出一段持续的高电平作为停止信号，持续时间可以通过配置寄存器来设置，一般设置停止位的持续时间为1位长度。
最常用的数据帧格式为：8n1（意为：8位数据位，不使用校验位，停止位长度为一位）
波特率：每秒发送的bit（位）
1.3UART框图
框图如下：
-
UART发送数据的流程：CPU从内存中将数据取到FIFO，FIFO中的数据发送到移位器，由移位器逐位发送数据。
-
UART接收数据的流程：移位器逐位接收数据，将接收到的数据放在FIFO中，CPU将数据从FIFO中取到内存。
-
UART中FIFO深度为64Byte，不使用FIFO时，将数据放在接收/保持寄存器中（1Byte）。
-
数据发送、接收完成，可以利用中断进行处理，也可以不断查询寄存器标志位。
-
波特率由波特率发生器产生，涉及到时钟源和分频因子的选择
二.UART的配置
这里介绍一下最基本的UART配置，即：使用UART0、满足收发数据功能、不使用FIFO（使用1Byte的寄存器）、收发状态可以通过中断或查询标志位获知。
2.1 UART引脚的配置
S3C2440中UART0的引脚对应关系为：TxD：GPH2 RxD：GPH3
首先要将俩个引脚的模式设置为UART模式，寄存器配置如下：
/* 设置引脚 */
//TxD0:GPH2 RxD0:GPH3
GPHCON &= ~((3<<4)|(3<<6));
GPHCON |= ((2<<4)|(2<<6));
由于数据线平时是高电平，所以要设置引脚的内部上拉。
我们要将内部上拉电阻与引脚连接，通过配置寄存器可以控制，上拉电阻与引脚的连接状态由GPHUP寄存器控制：
我们要使能GPH2、GPH3的内部上拉，将2、3位复位
/* 使能引脚的内部上拉 */
GPHUP &= ~( (1<<2)|(1<<3) );
2.2 波特率的配置
波特率计算如下：
通过设置分频系数DIV、选择时钟源来配置波特率
UCON0寄存器可以选择时钟源：
一般默认PCLK为时钟源，所以不必专门配置时钟源。
UBRDIV寄存器负责分频因子设置：
直接将分频因子写入寄存器即可：
/* 设置波特率 */
/* 波特率设置格公式：UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1 */
/* 实现波特率：115200 b/s 时钟源采用PCLK：50MHz 分频因子：26 (本来26.127，忽略误差可以) */
/* 默认PCLK:UCON0 &= ~(3<<10)*/
UBRDIV0 = 26;
2.3 数据帧的配置
数据帧的配置主要包括对：校验位、停止位、数据位的配置
ULCON0寄存器配置：
/* 设置数据格式 */
/* 数据帧格式：8n1 */
ULCON0 = 0x00000003;
2.4 收发模式配置
UCON0寄存器也用来配置RxD、TxD的模式：可以通过中断和查询寄存器标志位来获取收发的状态
默认选择时钟（PLCK=50MHz）、Rx、Tx模式（中断和查询）
/* 收发模式：中断+查询 */
UCON0 = 0x00000005;
收发状态的查询通过UTRSTAT0寄存器来确定：
可以通过如下程序配合寄存器查询获取收发的状态：
/* 输出数据 */
int putchar( int c )
{
/* 等待传输数据寄存器空 */
while( !(UTRSTAT0 & (1<<2)) );
/* 不使用FIFO，对数据传输寄存器UTXH0直接写 */
UTXH0 = (unsigned char)c;
}
/* 接收数据 */
int getchar( void )
{
while( !(UTRSTAT0 & (1<<0)));
/* 接收数据寄存器URXH0 */
return URXH0;
}
2.5 收发数据寄存器
直接对寄存器进行读写就可以。
发送数据寄存器：
接收数据寄存器：
三.代码
话不多说，直接上代码，程序的框架是：main.c+uart.h+start.S
main.c：
#include "s3c2440_soc.h"
#include "uart.h"
int main(void)
{
unsigned char c;
uart0_init();
puts("Hello, world!\n\r");
while(1)
{
c = getchar();
if (c == '\r')
{
putchar('\n');
}
if (c == '\n')
{
putchar('\r');
}
putchar(c);
}
return 0;
}
uart.c：
#include "s3c2440_soc.h"
#include "uart.h"
void uart0_init( void )
{
/* 设置引脚 */
//TxD0:GPH2 RxD0:GPH3
GPHCON &= ~((3<<4)|(3<<6));
GPHCON |= ((2<<4)|(2<<6));
/* 使能引脚的内部上拉 */
GPHUP &= ~( (1<<2)|(1<<3) );
/* 设置波特率 */
/* 波特率设置格公式：UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1 */
/* 实现波特率：115200 b/s 时钟源采用PCLK：50MHz 分频因子：26 (本来26.127，忽略误差可以) */
/* 默认PCLK:UCON0 &= ~(3<<10)*/
UBRDIV0 = 26;
/* 设置数据格式 */
/* 数据帧格式：8n1 */
ULCON0 = 0x00000003;
/* 收发模式：中断+查询 */
UCON0 = 0x00000005;
}
/* 输出数据 */
int putchar( int c )
{
/* 等待传输数据寄存器空 */
while( !(UTRSTAT0 & (1<<2)) );
/* 不使用FIFO，对数据传输寄存器UTXH0直接写 */
UTXH0 = (unsigned char)c;
}
/* 接收数据 */
int getchar( void )
{
while( !(UTRSTAT0 & (1<<0)));
/* 接收数据寄存器URXH0 */
return URXH0;
}
/* 连续发送字符串 */
int puts( const char *s )
{
while( *s )
{
putchar( *s );
s++;
}
}
start.S：
.text
.global _start
_start:
/* 关闭看门狗 */
ldr r0, =0x53000000
ldr r1, =0
str r1, [r0]
/* 设置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400m : 100m : 50m */
/* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */
ldr r0, =0x4C000000
ldr r1, =0xFFFFFFFF
str r1, [r0]
/* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8 */
ldr r0, =0x4C000014
ldr r1, =0x5
str r1, [r0]
/* 设置CPU工作于异步模式 */
mrc p15,0,r0,c1,c0,0
orr r0,r0,#0xc0000000 //R1_nF:OR:R1_iA
mcr p15,0,r0,c1,c0,0
/* 设置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
* m = MDIV+8 = 92+8=100
* p = PDIV+2 = 1+2 = 3
* s = SDIV = 1
* FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M
*/
ldr r0, =0x4C000004
ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0)
str r1, [r0]
/* 一旦设置PLL, 就会锁定lock time直到PLL输出稳定
* 然后CPU工作于新的频率FCLK
*/
/* 设置内存: sp 栈 */
/* 分辨是nor/nand启动
* 写0到0地址, 再读出来
* 如果得到0, 表示0地址上的内容被修改了, 它对应ram, 这就是nand启动
* 否则就是nor启动
*/
mov r1, #0
ldr r0, [r1] /* 读出原来的值备份 */
str r1, [r1] /* 0->[0] */
ldr r2, [r1] /* r2=[0] */
cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND启动 */
ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假设是nor启动 */
moveq sp, #4096 /* nand启动 */
streq r0, [r1] /* 恢复原来的值 */
bl main
halt:
b halt
代码参考韦东山嵌入式教程。
