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一起学mini2440裸机开发(六)--UART原理与基础实验

      我个人感觉UART也不算是很难,学过单片机的相信都用过UART,在这里还是说说它吧,并且在写基础实验并调试的时候,出现了一个问题,就是我们平时使用jlink调试程序都是基于在sdram中运行的,由于ram的掉电易失性,所以咱们的裸机程序根本就不能脱机工作,也即是说复位之后程序就没有了,当然,我知道可以利用以后学的知识将它下载到NAND Flash中去,这个以后再说。貌似还有一个办法,就是使用mdk直接Download到flash,不过需要什么算法之类的,这个算法我还不懂,先不管他了,先把UART的原理实验弄清楚了再说,以后学了nand flash就可以脱机工作了。

UART概述

    S3C2440通用异步收发器(UART)提供3个独立的异步串行I/O(UART0、UART1、UART2),每个端口都可以在中断或DMA模式下。也就是说,在CPU和UART之间传输数据时,UART可以产生中断或DMA请求。

    使用UART的最简单情况是只使用3根线:Tx用于数据发送,Rx用于数据接收,GND是双方地线,提供通信双方的参考电平,如图1所示:

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      其中电平转换器的作用是完成通信双方之间的电平转换,这又牵扯到RS232电平和CMOS电平,咱可以不管它,可以直接假设PC机的Rx、Tx粉笔用两根线直接与SC2440的Tx、Rx相连就行了,即,PC机发送端Tx发送一个数据,S3C2440接收端Rx就能接收到该数据,反之亦然。

S3C2440处理器UART工作原理:

      S3C240的3个UART包括可编程的波特率,红外(IR)发射/接收,一个或两个停止位,5位、6位、7位或8位的数据宽度,和奇偶校验位。(不很懂是吧,其实我开始也不懂,这是什么玩意儿)

    每个UART包含一个波特率发生器、发送器、接收器和一个控制单元,如图2所示。波特率发生器的输入时钟有3种:PCLK、FCLK/n、UEXTCLK(外部输入时钟)。

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   结合上图,数据收发原理如下:

   UART包含两种工作模式,FIFO模式和非FIFO模式。

   ●   FIFO模式数据收发过程

    发送数据:在发送数据之前,先将数据写入到发送FIFO,然后数据从发送FIFO复制到发送移位寄存器,最后将数据从数据引脚(TxDn)移出。

    接收数据:数据从RxDn引脚一位一位地接收到接收移位寄存器,然后数据从接收移位寄存器复制到接收FIFO,最后,CPU可通过数据总线从接收FIFO中读取数据,

如图2中黑色虚线所示。

   ●   非FIFO模式数据收发过程

    发送数据: 在发送数据之前,先将数据写入到发送保持寄存器,然后数据从发送保持寄存器复制到发送移位寄存器,最后将数据从数据引脚(TxDn)移出,如图2

中黑色粗实线所示。

    接收数据:数据从RxDn引脚一位一位地接收到接收移位寄存器,然后数据从接收移位寄存器复制到接收保持寄存器,最后,CPU可以从接收保持寄存器中读取数据,

如图2中黑色虚线所示。    

    注意:从图2中可以很容易看出发送FIFO和发送保持寄存器、接收FIFO和接收保持寄存器的关系。发送保持寄存器只是发送FIFO中的一个字节,接收保持寄存器只是接收FIFO中的一个字节。其实,非FIFO模式FIFO可以理解为FIFO模式的一个特例,此时,FIFO寄存器只有一个字节,而在FIFO模式时,FIFO寄存器有64个字节。

    下面就以非FIFO模式讲解,嘿嘿,其实,FIFO模式我不会用,至少是在平时的程序中没有用到。

UART引脚及相关寄存器

    S3C2440的引脚是复用的,可以通过编程将同一个引脚设置为不同的功能,UART也不例外。前文讲到在最简单的情况下,UART只需要3根线就可以实现通信功能,出去GND外,只有两根线:一根数据发送线TXD,一根数据接收线RXD。下图为S3C2440关于UART的引脚安排图:

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   本实验咱们使用UART0,从上图可以看出,TXD0与GPH2是复用的,RXD0与GPH3是复用的。

   因此,使用UART0,首先应将GPH2设置为TXD0功能,将GPH3设置为RXD0功能:

     GPHCON&=~((3<<4)|(3<<6));        //GPH2--TXD0;GPH3--RXD0

     GPHCON|=((2<<4)|(2<<6));          //设置GPH2、GPH3为TXD0、RXD0功能

   然后是初始化与UART0相关的寄存器。

   S3C2440处理器串口具有很多功能。例如,支持FIFO模式、硬件流控、接收中断、接收超时、接收错误状态中断使能等功能。但是,对于我这样的初学入门者,不需要过多的了解这些功能,入门级的学习只需要实现如下功能:从计算机通过串口发送一个字符给S3C2440,S3C2440收到后通过串口发给计算机。

   总体来说,实现上述功能只需要初始化以下6个寄存器:ULCONn、UCONn、UBRDIVn、UTRSTATn、URXHn、UTXHn。那么咱接下来就介绍一下这些寄存器中与UART相关的位。

     ● ULCONn(UART LINE CONTROL REGISTER)

     主要设置数据的长度、停止位和校验位信息,这些东西很重要的奥,设置串口调试器的时候就得依据它。

表1   ULCONn寄存器

ULCONn 描述 初始状态
Reserved [7] -
红外模式 [6]

0:正常模式

1:红外发送/接收模式

校验位 [5:3]

0xx:无校验

100:奇校验

101:偶校验

000
停止位宽度 [2]

0:每帧数据有1个停止位

1:每帧数据有2个停止位

数据位宽度 [1:0]

00:5位     01:6位

10:7位     11:8位

00

     ●   UCONn(UART CONTROL REGISTER)

     主要用于设置数据发送和接收的模式,中断方式还是查询模式。

表2   UCONn寄存器

UCONn 描述
时钟选择 [11:10]

x0:PCLK

01: UEXTCLK

11:FCLK/n

接收模式 [3:2]

00:关闭

01:中断模式或者查询模式

发送模式 [1:0]

00:关闭

01:中断模式或者查询模式

    从表2和图2可以看出,UCONn的第10~11位用于选择波特率发生器的输入时钟。咱们接下来的实验选择的是PCLK。

    ●   UBRDIVn(UART BAUD  RATE  DIVISOR  REGISTER)

     主要用于设置波特率。

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      UART模块有3个UART波特率除数寄存器:UBRDIV0、UBRDIV1和UBRDIV2。根据所需的波特率和选定的时钟源,波特率除数寄存器(UBRDIVn)的值可以用如下计算得到:

    UBRDIVn=(int)(UART clock / (baud rate×16))-1

      其中,UART clock对应着图2中波特率发生器的3种输入时钟的一个,baud  rate是用户所需要的波特率,最前面用了强制类型,将计算结果转换为整数存储在UBRDIVn中。

     例如:如果要求串口通信的波特率是115 200,波特率发生器的输入时钟选择PCLK=50MHz,那么

                   UBRDIVn=(int)(50 000 000 / (115 200×16))-1

                                   =(int)(27.1)-1

                                   =27-1

                                   =26

      ●   UTRSTATn(UART TX/RX STATUS REGISTER)

      该寄存器包含发送和接收是否完成的状态位。

表4   UTRSTATn寄存器

UTRSTATn 描述 初始状态
发送空 [2]

当发送缓冲器无有效数据且最后一字节数据被发送后,该位自动置1

0:数据发送未完成

1:发送空

1
接收数据就绪 [0]

当接收缓冲器中接收到有效数据后,该位自动置1

0:未接收到有效数据

1:接收到有效数据

      咱们接下来的实验中就用到这两条语句:

     while(!(UTRSTAT0&(1<<2)));    //等待发送完成

     while(!(UTRSTAT0&(1<<0)));     //查询是否接收到有效数据

     ●   URXHn(UART RECEIVE BUFFER REGISTER )

     接收数据缓冲区寄存器,8位数据长度,当接收到数据后,从CPU可以从该寄存器读取接收到的数据。

    例如:使用UART第0通道从RXD接收数据可以使用以下方法:

     unsigned char c;

     while(!(UTRSTAT0&(1<<0)));     //等待接收完毕

     c=URXH0;

     ●   UTXHn(UART TRANSMIT BUFFER REGISTER)

     发送数据缓冲区寄存器,8位数据长度,当发送数据时,将要发送的数据写入该寄存器,即可自动发送。

     例如:使用UART 第0通道发送数据可以使用以下方法:

     UTXH0=c;

     while(!(UTRSTAT0&(1<<2)));      //等待发送完成

UART基础实验

    本实验要实现的功能:PC通过串口发送一个字符给S3C2440,S3C2440收到后通过串口发给PC。该实验的文件布局图如下:

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main.c文件内容:

#include"uart.h"

int main()

{   

    unsigned char a;

    Uart0_Init(115200);     //初始化并设置波特率为115 200

    while(1)

    {

        a=getc();                    //获取串口输入的字符

        putc(a);                     //PC机显示同通过串口接收到的字符

    }     

}

uart.c文件内容:

#include<s3c2440.h>

#include"uart.h"

#define PCLK   50000000

#define UART_BRD     (int)((PCLK/(baudrate*16))-1)

void Uart0_Init(unsigned int baudrate)

{

   GPHCON&=~((3<<4)|(3<<6));  //GPH2--TXD0;GPH3--RXD0

   GPHCON|=((2<<4)|(2<<6));     //设置GPH2、GPH3为TXD0、RXD0功能

   GPHUP=0x00;                 //上拉电阻使能

   ULCON0|=0x03;              //设置数据发送格式:8个数据位,1个停止位,无校验位

   UCON0=0x05;                //发送模式和接收模式都使用查询模式

   UBRDIV0=UART_BRD;         //设置波特率,其中波特率作为一个参数传递到该初始化函数

   URXH0=0;                    //将URXH0清零

}

/***********************************************

*函数名称:void putc(unsigned char c)

*参数说明:c:通过串口接收到的字符,注意这里是8位数据

*返 回 值:无

*全局变量: 无

*功    能:将通过串口接收到的字符发送给PC机并显示在

*          串口调试工具。                

************************************************/

void putc(unsigned char c)

{

    UTXH0=c;

    while(!(UTRSTAT0&(1<<2)));    //等待发送完成

}

unsigned char getc(void)

{

    unsigned char c;

    while(!(UTRSTAT0&(1<<0)));     //查询是否接收到有效数据

    c=URXH0;

    return c;

}

 uart.h文件内容:

#ifndef __UART_H__

#define __UART_H__

void Uart0_Init(unsigned int baudrate);

void putc(unsigned char c);

unsigned char getc(void); 

#endif

到此,UART的实验代码已经贴出来了,我将它也传到了:

http://download.csdn.net/detail/mybelief321/5388469   点击打开链接可以自行下载,下载后直接打开工程,设置好串口后,可以直接make并调试。

注意:

     ①我使用的串口调试工具为SecureCRT,其实你用哪个串口调试工具都行,主要是得设置好出啊某调制工具的波特率也为115200,要不然接收到的就是乱码,因为时序不同步。

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    ②在设置的时候不要忘了把那个Ext_RAM拷贝到工程目录中,并修改为 LOAD .\uart0.axf INCREMENTAL,你只要记得.\***.axf 时刻与下图红色圈出的内容一致就行了,它就是你的工程名。

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  ③记得要时钟初始化,因为咱们本实验UART的时钟源为PCLK。很简单,还是直接修改S3C2440.s中的一行代码:

  将CLOCK_SETUP     EQU     0修改为CLOCK_SETUP     EQU     1

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