S3C2440的UART詳解

在介紹2440的UART控制器之前，我們首先來(lái)了解一下UART的原理

UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter(通用異步收發(fā)送器)，用來(lái)傳輸串行數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，CPU將并行數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)ART，UART按照一定格式在TxD線上串行發(fā)出；接收數(shù)據(jù)時(shí)，UART檢測(cè)到RxD線上的信號(hào)，將串行收集放到緩沖區(qū)中，CPU即可讀取UART獲得的這些數(shù)據(jù)。

UART最精簡(jiǎn)的連線形式只有3根線，TXD用于發(fā)送，RXD用于接收，GND用于提供參考電平。UART之間以幀作為數(shù)據(jù)傳輸單位，幀由具有完整意義的若干位組成，它包含開始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位。發(fā)送數(shù)據(jù)之前，互相通信的UART之間要約定好數(shù)據(jù)傳輸速率（波特率的倒數(shù)）、數(shù)據(jù)的傳輸格式（多少個(gè)數(shù)據(jù)位、是否使用校驗(yàn)位、奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)、多少個(gè)停止位）。

2、S3C2440 UART的特性

S3C2440的通用異步收發(fā)器（UART）配有3個(gè)獨(dú)立異步串行I/O（SIO）端口，每個(gè)都可以通過產(chǎn)生中斷或DMA請(qǐng)求來(lái)進(jìn)行CPU和UART之間的數(shù)據(jù)傳輸。如圖1所示：每個(gè)UART包含一個(gè)波特率發(fā)生器、發(fā)送器、接收器和一個(gè)控制單元，

圖1 2440UART方框圖(帶FIFO)

波特率發(fā)生器可以由PCLK、FCLK/n或UEXTCLK（外部輸入時(shí)鐘）時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。UART通過使用系統(tǒng)時(shí)鐘可以支持最高115.2Kbps的比特率。如果是使用外部器件提供UEXTCLK的UART，則UART可以運(yùn)行在更高的速度。發(fā)送器和接收器各包含一個(gè)64字節(jié)的FIFO和數(shù)據(jù)移位器。要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)寫入到FIFO接著在發(fā)送前復(fù)制到發(fā)送移位器中，隨后將數(shù)據(jù)從發(fā)送數(shù)據(jù)引腳(TXDn)移出；接收數(shù)據(jù)時(shí)，從接收數(shù)據(jù)引腳(RXDn)移入收到的數(shù)據(jù)，接著從移位器復(fù)制到FIFO。

3、S3C2440 UART的使用

對(duì)于S3C2440，使用UART之前，首選需要對(duì)2440的UART模塊進(jìn)行初始化，需要設(shè)置波特率、傳輸格式（多少個(gè)數(shù)據(jù)位、是否使用校驗(yàn)位、奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)、多少個(gè)停止位、是否使用流量控制）、選擇所涉及的管腳為UART功能、選擇UART通道的工作模式為中斷模式或DMA模式。設(shè)置好之后，往相關(guān)寄存器寫入數(shù)據(jù)即可發(fā)送，讀取相關(guān)寄存器即可接收到數(shù)據(jù)，還可以通過查詢狀態(tài)寄存器或設(shè)置中斷來(lái)獲知數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢、是否接收到數(shù)據(jù)。

我用的開發(fā)板是天嵌的TQ2440，該開發(fā)板用SP3232EEN擴(kuò)展了一個(gè)RS232串口，電路連接如圖2 所示：

圖2 RS232原理圖

波特率發(fā)生器

每個(gè)UART的波特率發(fā)生器為發(fā)送器和接收器提供串行時(shí)鐘，波特率發(fā)生器的時(shí)鐘源可以選擇S3C2440A的內(nèi)部時(shí)鐘系統(tǒng)或者UEXTCLK。波特率時(shí)鐘是通過16和由UART波特率分頻寄存器(UBRDIVn)指定的16位分頻系數(shù)來(lái)分頻源時(shí)鐘(PCLK，F(xiàn)CLK/n或者UEXTCLK)產(chǎn)生的，UBRDIVn由下列表達(dá)式確定：

UBRDIVn=(int)(UART時(shí)鐘/(波特率*16))-1

UART時(shí)鐘：PCLK，F(xiàn)CLK/n或者UEXTCLK，例如，如果波特率為115200bps并且UART時(shí)鐘為40MHz，則UBRDIVn為：

UBRDIVn=(int)(40000000/(115200*16))-1=(int)(21.7)-1（取最接近的整數(shù)）=22-1=21

介紹發(fā)送和接收操作之前，先介紹幾個(gè)重要的寄存器

UBRDIVn寄存器：設(shè)置波特率，S3C2440 UART的時(shí)鐘源有兩種選擇：PCLK、UEXTCLK、FCLK/n，其中n的值通過UCON0-UCON2聯(lián)合設(shè)置

ULCONn寄存器：設(shè)置傳輸格式

UCONn寄存器：它用于選擇UART時(shí)鐘源、設(shè)置UART中斷方式

UFCONn寄存器、UFSTATn寄存器，UFCONn寄存器用于設(shè)置是否使用FIFO，設(shè)置各FIFO的觸發(fā)闕值，即發(fā)送FIFO中有多少個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生中斷、接收FIFO中有多少個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生中斷。并可以通過設(shè)置UFCONn寄存器來(lái)復(fù)位各個(gè)FIFO。讀取UFSTATn寄存器可以知道各個(gè)FIFO是否已經(jīng)滿，其中有多少個(gè)數(shù)據(jù)。

UMCONn寄存器、UMSTATn寄存器，這兩類寄存器用于流量控制，具體看數(shù)據(jù)手冊(cè)
UTRSTATn寄存器，它用來(lái)表明數(shù)據(jù)是否已經(jīng)發(fā)送完畢、是否已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)

UERSTATn寄存器，用來(lái)表示各種錯(cuò)誤是否發(fā)生

UTXHn寄存器，CPU將數(shù)據(jù)寫入這個(gè)寄存器，UART即會(huì)將它保存到緩沖區(qū)中，并自動(dòng)發(fā)送出去

URXHn寄存器，當(dāng)UART接收到數(shù)據(jù)時(shí)，CPU讀取這個(gè)寄存器，即可獲得數(shù)據(jù)。

下面通過實(shí)際的代碼來(lái)理解2440的UART

首選是UART的初始化，TQ2440將UART0引了一個(gè)接口出來(lái)，就介紹UART0吧

2440的UART引腳是掛接在GPH上的，所以使用UART之前需要先對(duì)GPH的引腳功能進(jìn)行配置。