八、mini2440裸机程序之UART（1）简单介绍【转】

转自：http://blog.csdn.net/shengnan_wu/article/details/8298869

一、概述

 

       S3C2440通用异步接收和发送（UART）提供了三路的不同异步串行I/O端口，每一个端口可以被配置为中断模式或者DMA模式 。也就是说UART可以产生中断或者DMA请求来在CPU和UART之间传输数据。UART可以支持高达115.2K波特率使用系统时钟。如果一个外部设备为UART提供UEXTCLK，那么UART可以运行在更高的速度上。每个UART通道包含了两个64-byte的FIFO队列用于接收器和发送器。

 

       S3C2440A的UART包含了可编程的波特率，红外（IR）接收发送，1个或2个结束位的嵌入，5-bit，6-bit，7-bit或者8-bit的数据宽度和奇偶校验。

 

        每一个UART包含了一个波特率产生器(buad-rategenerator)，发送器(transmitter)，接收器(receiver)和一个控制单元(controlunit)，如下图显示：

 

波特率产生器可以由PCLK,FCLK/n或者UEXTCLK(external input clock)来提供时钟。发送器和接收器包含了64-byte的FIFO队列和数据移位器(data shifters)。数据写入FIFO然后在开始传输之前被拷贝到发送数据移位器。然后数据被移位并一位一位地输出通过发送数据管脚(TxDn)。同理，接收数据被移位通过从接收器数据管脚(RxDn)，然后把数据从接收数据移位器里拷贝到FIFO。

 

二、数据发送（data transmission）

 

        用于发送出去的数据帧是可编程的，由一个start位，5到8的数据位，一个可选的奇偶校验位和1到2的结束位组成。发送器也可以产生终止条件，通过迫使串行输出逻辑‘0’状态持续一个帧的传输时间。这个阻塞传输终止信号是在当前传输字被完成传输完成之后生效的。再终止信号传输之后，发送器连续不断地发送数据到Tx FIFO(在Non-FIFI模式下的Tx holding register（发送保持寄存器） )。

 

三、数据接收（data reception）

 

        就像发送数据一样，接收数据帧也是可编程的。由一个start位，5到8的数据位，一个可选的奇偶校验位和1到2个结束位。接收器可以检测接收泛滥错误(overrun error)，奇偶校验错误(parity error)，帧错误(frame error)和终止条件(break condition)，通过设置错误标志。

 

·overrun error指示了数据已经覆写了还没有被读出去的数据。

·parity error指示了接收器检测到一个奇偶错误。

·frame error指示了接收数据没有一个有效的结束位。

·break condition指示了RxDn输入管脚被钳住在逻辑‘0’状态持续了多于一个帧传输时间。

·当接收器在3个word时间里（这个间隔根据字位长的设置）没有接收到数据并且在FIFO模式下的Rx FIFO不为空则产生接收超时条件。

 

四、自动流控制（Auto flow control（AFC））

 

        S3C2440A的UART0和UART1支持自动流控通过使用nRTS和nCTS信号。在这种情况下，可以链接外部的UARTs。假如用户需要连接一个UART到一个modem，则需要取消自动流控位通过配置UMCONn寄存器并且通过软件来控制nRTS的信号。

 

在AFC模式下，nRTS依赖于接收器的条件和nCTS信号控制发送器的运行。UART的发送器只当nCTS信号被激活（AFC模式下，nCTS信号意味另一个UART的FIFO已经准备好接收数据了）才发送数据到另一个UART的FIFO里。在UART接收数据的时候，当接收FIFO有大于32-byte的空闲空间时nRTS必须被激活 ，在接收FIFO的空闲空间小于32-byte（在AFC模式下，nRTS信号意味自己的接收FIFO准备好接收数据）时nRTS必须被取消激活。

        UART2不支持AFC功能。

 

五、没有使用自动流控的例子（需要软件控制nRTS和nCTS）

 

1）使用FIFO的接收操作

 

·选择接收模式（interrupt or DMA mode）

·检查UFSTATn寄存器里的RX FIFO计数值 。假如这个值小于32，用户需要设置UMCONn[0]为‘1’（激活nRTS），如果等于或者大于32，用户需要设置这个值为‘0’（使nRTS无效）

·一直重复步骤2

 

2）使用FIFO的发送操作

 

·选择发送模式（interrupt or DMA mode）

·检查UMSTATn[0]的值。如果该值为‘1’（nCTS被激活），用户可以写数据到Tx FIFO寄存器

 

六、RS-232C接口

 

        如果用户想要连接UART到modem接口，nRTS，nCTS，nDSR，nDTR，DCD和nRI信号需要被用到。在这种情况下，用户可以使用软件控制这些信号通过通用I/O端口来模拟时序 ，因为AFC不支持RS-232C接口。

 

七、interrupt/DMA

 

        每个UART有7个状态（Tx/Rx/Error）信号。所有这些都通过UART状态寄存器（UTRSTATn/UERSTATn）.

 

       overrun error，parity error，frame error or break condition都属于接收错误状态。每一个error都引起接收错误中断请求，前提是在控制寄存器UCONn里的receive-error-status-interrupt-enable位被设置为‘1’。当receive-error-status-interrupt-request被检测到，这个信号会导致这个请求可以被识别到通过读取UERSTSTn的值。

 

        当接收器在FIFO模式下 ，把数据从接收数据移位器传递到接收FIFO寄存器并且接收数据数已经达到了Rx FIFO的触发水平时，Rx中断被产生，如果在控制寄存器（UCONn）的接收模式被选择为‘1’（interrupt request orpolling mode）。在Non-FIFO模式下，数据从接收移位器传递数据到接收保持寄存器将导致Rx 中断（under the interrupt request and polling mode）

 

        当发送器把数据从发送FIFO寄存器传递给发送数据移位器并且发送FIFO里的数据数达到Tx FIFO的触发水平，Tx中断被产生（如果在控制寄存器里的发送模式选择为interrupt request orpolling mode）。在Non-FIFO模式下，从发送保持寄存器发送数据到发送移位器将引起Tx中断（under the interrupt request and polling mode）

 

       如果控制寄存器里的接收模式和发送模式选择了DMAn请求模式，那么DMAn请求将替代上面的Rx or Tx中断。

 

八、UART error status FIFO

 

       UART除了有Rx FIFO寄存器外还拥有错误状态FIFO。错误状态FIFO指明了在FIFO寄存器里哪个数据，接收错误了。错误中断只在那个发生错误的数据准备被读出时被下达。通过读取带有错误标志的URXHn和UERSTATn来清除错误状态FIFO。

 

       如下图所示：

注：

·假设UART 的Rx FIFO接收到A,B,C,D和E字符序列并且帧错误发生在接收'B'，奇偶校验错误出现在接收'D' 。

  ·事实上，UART接收错误并不会产生任何错误中断，因为产生错误的字符还没有被读出。错误中断只在错误字符被读出时才会产生。

 

 

 

九、波特率的产生

 

        每个UART的波特率产生器都提供了串行时钟给收发器。而用于波特率产生器的源时钟则是采用了S3C2440A的内部系统时钟或者UEXTCLK。也就是说，这个是可选的，通过配置UCONn的时钟选择。通过分离源时钟（PCLK,FCLK/n or UEXTCLK）（通过配置UARTbaud-rate divisor register（UBRDIVn））来产生波特率时钟。公式如下：

          UDRDIVn      =  （int）（UART clock /（buad rate * 16）） - 1

其中UART clock ： PCLK，FCLK/n or UEXTCLK，并且UBRDIVn只能是1～(2^16-1)，但是在使用比PCLK小的UEXTCLK时是可以设置为0的（bypass mode）。

 

比如，如果波特率选择为115200bps和UART时钟是40MHz，UBRDIVn计算如下：

          UBRDIVn      =      （int）（40000000 / （115200 *16）） - 1

              =   （int）（21.7）-1  =  22 - 1 = 21

 

十、baud-rate error tolerance

 

·UART帧错误必须小于1.87%(3/160)

·tUPCLK = （UBRDIVn + 1）* 16 * 1Frame/PCLK   tUPCLK : 真正的UART时钟

·tUEXACKT = 1 Frame / baud-rate               tUEXACT：理想UART时钟

·UART error = （tUPCLK - tUEXACT） / tUEXACT * 100%

 

 

 

注意：

 

·1Frame = start bit + data bit + parity bit + stop bit

·在特殊条件下，我们能够支持的UART波特率高达921.6K bps 。比如，当PCLK=60MHz，我们能够使用921K bps（只要满足UARTerror 小于 1.69%）

 

十一、回送模式（Loop Mode）

 

       S3C2440的UART提供一个测试模式叫做Loopback mode，来帮助隔离掉通信线路的错误。这个模式下在结构上使RXD和TXD相连。在个模式下，发送数据给接收器通过RXD。这个特性允许处理器来验证内部发送和接收数据的每个SIO通道部分。这个模式可以选择通过设置UART控制寄存器（UCONn）的loopback bit。

 

十二、红外线模式（Infrared（IR）mode）

 

       S3c2440aD UART模块支持红外线发送和接收 ， 可以通过设置UART线路控制寄存器（ULCONn）的infrared-mode bit。下图演示了IR模式的执行。

 

注：

       IR发送模式下，发送脉冲来至波特率的3/16，正常的串行发送波特率（当发送数据位为0时）；在IR接收模式下，接收器必须检测3/16的脉冲周期来识别处一个0值（参考以下帧时序图）