ARM裸機 - 序列槽通信基本概念及程式設計實戰

1.幾個電子通信的基本概念

-> 同步通信和異步通信：

同步通信中，通信雙方按照統一節拍工作，是以配合很好；一般需要發送方給接收方發送資訊同時發送時鐘信号.

異步通信又叫異步通知。在雙方通信的頻率不固定時（有時3ms收發一次，有時3天才收發一次）不适合使用同步通信，而适合異步通信。

-> 電平信号和差分信号：

電平信号的傳輸線中有一個參考電平線（一般是GND），然後信号線上的信号值是由信号線電平和參考電平線的電壓差決定。

差分信号的傳輸線中沒有參考電平，所有都是信号線。然後1和0的表達靠信号線之間的電壓差。

-> 并行接口和串行接口：

串行、并行主要是考慮通信線的根數，就是發送方和接收方同時可以傳遞的資訊量的多少。

譬如在電平信号下，1根參考電平線+1根信号線可以傳遞1位二進制；如果我們有3根線（2根信号線+1根參考線）就可以同時發送2位二進制；如果想同時發送8位二進制就需要9根線。

在差分信号下，2根線（彼此差分）可以同時發送1位二進制；如果需要同時發送8位二進制，需要16根線。

2.幾個序列槽通信的基本概念

-> RS232電平和TTL電平：

RS232電平中-3V～-15V表示1；+3～+15V表示0，台式電腦後面的序列槽插座就是RS232接口的，在工業上用序列槽時都用這個，傳輸距離小于15米。

TTL電平則是+5V表示1，0V表示0，TTL電平一般用在電路闆内部兩個晶片之間。

-> 波特率：

指的是序列槽通信的速率，也就是序列槽通信時每秒鐘可以傳輸多少個二進制位。譬如每秒種可以傳輸9600個二進制位（傳輸一個二進制位需要的時間是1/9600秒，也就是104us），波特率就是9600。

通信雙方必須事先設定相同的波特率這樣才能成功通信，常用就是9600或者115200。

-> 單工通信和雙工通信：

單工就是單方向，雙工就是雙方同時收發，同時隻能單方向但是方向可以改變叫半雙工

如果隻能A發B收則單工，A發B收或者B發A收（兩個方向不能同時）叫半雙工，A發B收同時B發A收叫全雙工。

-> 三根通信線：Rx Tx GND：

序列槽通信線最少需要2根（GND和信号線），可以實作單工通信，也可以使用3根通信線（Tx、Rx、GND）來實作全雙工。

-> 起始位、資料位、奇偶校驗位、停止位：

序列槽通信時，收發是一個周期一個周期進行的，每周期傳輸n個二進制位。這一個周期就叫做一個通信單元，一個通信單元是由：起始位+資料位+奇偶校驗位+停止位組成的。

起始位表示發送方要開始發送一個通信單元；資料位是一個通信單元中發送的有效資訊位；

奇偶校驗位是用來校驗資料位，以防止資料位出錯的；停止位是發送方用來表示本通信單元結束标志的。

-> FIFO模式：

發送/接收緩沖區隻有1位元組，每次發送/接收隻能處理1幀資料。這樣在單片機中沒什麼問題，但是到複雜SoC中（一般有作業系統的）就會有問題，會導緻效率低下，因為CPU需要不斷切換上下文。

3.序列槽通信的基本原理

整個序列槽控制器包含發送緩沖區transmitter和接收緩沖區receiver兩部分，兩部分功能彼此獨立，transmitter負責210向外部發送資訊，receiver負責從外部接收資訊到210内部。

transmitter由發送緩沖區和發送移位器構成，我們要發送資訊時，首先将資訊進行編碼（一般用ASCII碼）成二進制流，然後将一幀資料（一般是8位）寫入發送緩沖區（從這裡以後程式就不用管了，剩下的發送部分是硬體自動的），發送移位器會自動從發送緩沖區中讀取一幀資料，然後自動移位（移位的目的是将一幀資料的各個位分别拿出來）将其發送到Tx通信線上。

receiver由接收緩沖區和接收移位器構成。當有人通過序列槽線向我發送資訊時，資訊通過Rx通信線進入我的接收移位器，然後接收移位器自動移位将該二進制位儲存入我的接收緩沖區，接收完一幀資料後receiver會産生一個中斷給CPU，CPU收到中斷後即可知道receiver接收滿了一幀資料，就會來讀取這幀資料。

序列槽控制器中有一個波特率發生器，作用是産生序列槽發送/接收的節拍時鐘。

4.S5PV210串行通信程式設計實戰

硬體原理圖：Rx和Rx分别對應GPA0_1和GPA0_0

 幾個重要的寄存器：

ULCON0 = 0x3 // 0校驗位、8資料位、1停止位

UCON = 0x5 // 發送和接收都是polling mode

UMCON0 = 0x0 // 禁止modem、afc

UFCON0 = 0x0 // 禁止FIFO模式

UBRDIV0和UDIVSLOT0和波特率有關，要根據公式去算的

整個序列槽通信相關程式包含2部分：

uart_init負責初始化序列槽，uart_putc負責發送一個位元組，char uart_getc負責接收一個位元組。

 uart.h：

#define GPA0CON		0xE0200000
#define UCON0 		0xE2900004
#define ULCON0 		0xE2900000
#define UMCON0 		0xE290000C
#define UFCON0 		0xE2900008
#define UBRDIV0 	0xE2900028
#define UDIVSLOT0	0xE290002C
#define UTRSTAT0	0xE2900010
#define UTXH0		0xE2900020	
#define URXH0		0xE2900024	

#define rGPA0CON	(*(volatile unsigned int *)GPA0CON)
#define rUCON0		(*(volatile unsigned int *)UCON0)
#define rULCON0		(*(volatile unsigned int *)ULCON0)
#define rUMCON0		(*(volatile unsigned int *)UMCON0)
#define rUFCON0		(*(volatile unsigned int *)UFCON0)
#define rUBRDIV0	(*(volatile unsigned int *)UBRDIV0)
#define rUDIVSLOT0	(*(volatile unsigned int *)UDIVSLOT0)
#define rUTRSTAT0		(*(volatile unsigned int *)UTRSTAT0)
#define rUTXH0		(*(volatile unsigned int *)UTXH0)
#define rURXH0		(*(volatile unsigned int *)URXH0)
           

uart.c：

實作了序列槽的初始化，序列槽的發送函數，序列槽的接收函數。

// 序列槽初始化程式
void uart_init(void)
{
	// 初始化Tx Rx對應的GPIO引腳
	rGPA0CON &= ~(0xff<<0);			// 把寄存器的bit0～7全部清零
	rGPA0CON |= 0x00000022;			// 0b0010, Rx Tx
	
	// 幾個關鍵寄存器的設定
	rULCON0 = 0x3;
	rUCON0 = 0x5;
	rUMCON0 = 0;
	rUFCON0 = 0;
	

    //波特率的計算和設定
    //用PCLK_PSYS和目标波特率去計算DIV_VAL: DIV_VAL = (PCLK / (bps x 16)) -1
    //UBRDIV0寄存器中寫入DIV_VAL的整數部分
    //用小數部分*16得到1個個數，查表得uBDIVSLOT0寄存器的設定值

	// 波特率設定	DIV_VAL = (PCLK / (bps x 16))-1
	// PCLK_PSYS用66MHz算		餘數0.8
	//rUBRDIV0 = 34;	
	//rUDIVSLOT0 = 0xdfdd;

	// PCLK_PSYS用66.7MHz算		餘數0.18
	// DIV_VAL = (66700000/(115200*16)-1) = 35.18
	rUBRDIV0 = 35;
	// (rUDIVSLOT中的1的個數)/16=上一步計算的餘數=0.18
	// (rUDIVSLOT中的1的個數 = 16*0.18= 2.88 = 3
	rUDIVSLOT0 = 0x0888;		// 3個1，查官方推薦表得到這個數字
}


// 序列槽發送程式，發送一個位元組
void uart_putc(char c)
{                  	
	// 序列槽發送一個字元，其實就是把一個位元組丢到發送緩沖區中去
	// 因為序列槽控制器發送1個位元組的速度遠遠低于CPU的速度，是以CPU發送1個位元組前必須
	// 确認序列槽控制器目前緩沖區是空的（意思就是序列槽已經發完了上一個位元組）
	// 如果緩沖區非空則位為0，此時應該循環，直到位為1
	while (!(rUTRSTAT0 & (1<<1)));
	rUTXH0 = c;
}

// 序列槽接收程式，輪詢方式，接收一個位元組
char uart_getc(void)
{
	while (!(rUTRSTAT0 & (1<<0)));
	return (rURXH0 & 0x0f);
}

           

main.c：

void main(void)
{
	uart_init();
	
	while(1)
	{
		uart_putc('a');
		delay();
	}
}