七、UART

16.1 介绍

　　UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter），通用异步收发器，用来传输穿行数据时

　　UART 之间以全双工方式传输数据，连线方法只有 3 根电线：TXD 用于发送数据，RXD 用于接收数据，GND用于给双方提供参考地。

　　

　　串口数据线以 “位”为最小单位传输数据。帧（frame）由具有完整意义的、不可分割的若干位组成，它包含开始位、数据位、校验位和停止位。

　　UART 使用标准的 TTL/CMOS 逻辑电平（0~5V、0~3.3V、0~2.5V 或 0~1.8V）来表示数据，高电平表示1，低电平表示0。为了增强数据的抗干扰能力、提高传输长度，通常将 TLL/CMOS 逻辑电平转换位 RS-232 逻辑电平，3~12V 表示0，-3~-12V 表示1。

　　数据的传输流程如下：

1. 平时数据处于 空闲 状态
2. 当要发送数据时，UART 改变 TXD 数据线的状态（变为 0 状态）并维持 1 位的时间，这样接收方检测到开始位后，再等待 1.5 位的时间就开始一位一位地检测数据线的状态得到所传输的数据
3. UART 一帧中可以由5、6、7或8位的数据，发送方一位一位的改变数据线的状态将它们发送出去，首先发送最低位
4. 如果使用校验功能，UART 在发送完数据位后，还要发送一个校验位。有两种校验方法：奇校验、偶校验——数据位连同校验位中，“1”的数目等于奇数或偶数
5. 最后，发送停止位，数据线恢复到“空闲”状态（1状态）。停止位的长度有3种：1位、1.5位、2位　　

16.2 S3C2440 UART 特性

　　S3C2440 UART 中有3个独立的通道，每个通道都可以工作于中断模式或DMA模式，即UART可以发出中断或DMA请求以便在UART、CPU 间传输数据。UART 由波特率发生器、发送器、接收器和控制逻辑组成

　　使用系统时钟时，UART的波特率可以达到 115.2Kbit/s，若使用 UEXTCLK 引脚提供的外部时钟，则可以达到更高的波特率。波特率可以通过编程进行控制。

　　S3C2440 UART 的 FIFO 深度位64.。发送数据时，CPU 先将数据写入发送 FIFO 中，然后 UART 会自动将 FIFO 中的数据复制到“发送移位器”（Transmit Shifter）中，发送移位器将数据一位一位的发送到 TXDn 数据线上（根据设定的格式，插入开始位、校验位和停止位）。接收数据时，“接收移位器”（Receive Shifter）将RXDn 数据线上的数据一位一位接收进来，然后复制到接收 FIFO 中，CPU 即可以从中读取数据。

　　S3C2440 UART 的每个通道支持的停止位有 1 位、2位，数据位有5、6、7、8位，支持校验功能，另外还有红外发送/接收功能。

　　UART 结构图如下：

　　

　　其他说明见芯片手册第11章节

16.3 程序

　　uart.lds

 SECTIONS {
     . = 0x30000000;
     .text          :   { *(.text) }
     .rodata ALIGN() : {*(.rodata)}
     .data ALIGN() : { *(.data) }
     .bss ALIGN()  : { *(.bss)  *(COMMON) }
 }

　　s3c24xx.h

 /* WOTCH DOG register */
 #define     WTCON           (*(volatile unsigned long *)0x53000000)
 
 /* SDRAM regisers */
 #define     MEM_CTL_BASE    0x48000000
 #define     SDRAM_BASE      0x30000000
 
 /* NAND Flash registers */
 #define NFCONF              (*(volatile unsigned int  *)0x4e000000)
 #define NFCMD               (*(volatile unsigned char *)0x4e000004)
 #define NFADDR              (*(volatile unsigned char *)0x4e000008)
 #define NFDATA              (*(volatile unsigned char *)0x4e00000c)
 #define NFSTAT              (*(volatile unsigned char *)0x4e000010)
 
 /*GPIO registers*/
 #define GPBCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000010)
 #define GPBDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000014)
 
 #define GPFCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000050)
 #define GPFDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000054)
 #define GPFUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000058)
 
 #define GPGCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000060)
 #define GPGDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000064)
 #define GPGUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000068)
 
 #define GPHCON              (*(volatile unsigned long *)0x56000070)
 #define GPHDAT              (*(volatile unsigned long *)0x56000074)
 #define GPHUP               (*(volatile unsigned long *)0x56000078)
 
 /*UART registers*/
 #define ULCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000000)
 #define UCON0               (*(volatile unsigned long *)0x50000004)
 #define UFCON0              (*(volatile unsigned long *)0x50000008)
 #define UMCON0              (*(volatile unsigned long *)0x5000000c)
 #define UTRSTAT0            (*(volatile unsigned long *)0x50000010)
 #define UTXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000020)
 #define URXH0               (*(volatile unsigned char *)0x50000024)
 #define UBRDIV0             (*(volatile unsigned long *)0x50000028)
 
 /*interrupt registes*/
 #define SRCPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000000)
 #define INTMOD              (*(volatile unsigned long *)0x4A000004)
 #define INTMSK              (*(volatile unsigned long *)0x4A000008)
 #define PRIORITY            (*(volatile unsigned long *)0x4A00000c)
 #define INTPND              (*(volatile unsigned long *)0x4A000010)
 #define INTOFFSET           (*(volatile unsigned long *)0x4A000014)
 #define SUBSRCPND           (*(volatile unsigned long *)0x4A000018)
 #define INTSUBMSK           (*(volatile unsigned long *)0x4A00001c)
 
 /*external interrupt registers*/
 #define EINTMASK            (*(volatile unsigned long *)0x560000a4)
 #define EINTPEND            (*(volatile unsigned long *)0x560000a8)
 
 /*clock registers*/
 #define    LOCKTIME        (*(volatile unsigned long *)0x4c000000)
 #define    MPLLCON        (*(volatile unsigned long *)0x4c000004)
 #define    UPLLCON        (*(volatile unsigned long *)0x4c000008)
 #define    CLKCON        (*(volatile unsigned long *)0x4c00000c)
 #define    CLKSLOW        (*(volatile unsigned long *)0x4c000010)
 #define    CLKDIVN        (*(volatile unsigned long *)0x4c000014)
 
 /*PWM & Timer registers*/
 #define    TCFG0        (*(volatile unsigned long *)0x51000000)
 #define    TCFG1        (*(volatile unsigned long *)0x51000004)
 #define    TCON        (*(volatile unsigned long *)0x51000008)
 #define    TCNTB0        (*(volatile unsigned long *)0x5100000c)
 #define    TCMPB0        (*(volatile unsigned long *)0x51000010)
 #define    TCNTO0        (*(volatile unsigned long *)0x51000014)
 
 #define GSTATUS1    (*(volatile unsigned long *)0x560000B0)

　　serial.h

 void uart0_init(void);
 void putc(unsigned char c);
 unsigned char getc(void);
 int isDigit(unsigned char c);
 int isLetter(unsigned char c);

　　head.S

 @******************************************************************************
 @ File：head.S
 @ 功能：设置SDRAM，将程序复制到SDRAM，然后跳到SDRAM继续执行
 @******************************************************************************       
 
 .extern     main
 .text
 .global _start
 _start:
 Reset:
     ldr sp, =           @ 设置栈指针，以下都是C函数，调用前需要设好栈
     bl  disable_watch_dog   @ 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
     bl  clock_init          @ 设置MPLL，改变FCLK、HCLK、PCLK
     bl  memsetup            @ 设置存储控制器以使用SDRAM
     bl  copy_steppingstone_to_sdram     @ 复制代码到SDRAM中
     ldr pc, =on_sdram                   @ 跳到SDRAM中继续执行
 on_sdram:
     ldr sp, =0x34000000     @ 设置栈指针
     ldr lr, =halt_loop      @ 设置返回地址
     ldr pc, =main           @ 调用main函数
 halt_loop:
     b   halt_loop

　　init.c

 /*
  * init.c: 进行一些初始化
  */ 
 
 #include "s3c24xx.h"
 
 void disable_watch_dog(void);
 void clock_init(void);
 void memsetup(void);
 void copy_steppingstone_to_sdram(void);
 
 /*
  * 关闭WATCHDOG，否则CPU会不断重启
  */
 void disable_watch_dog(void)
 {
     WTCON = ;  // 关闭WATCHDOG很简单，往这个寄存器写0即可
 }
 
 #define S3C2410_MPLL_200MHZ     ((0x5c<<12)|(0x04<<4)|(0x00))
 #define S3C2440_MPLL_200MHZ     ((0x5c<<12)|(0x01<<4)|(0x02))
 /*
  * 对于MPLLCON寄存器，[19:12]为MDIV，[9:4]为PDIV，[1:0]为SDIV
  * 有如下计算公式：
  *  S3C2410: MPLL(FCLK) = (m * Fin)/(p * 2^s)
  *  S3C2440: MPLL(FCLK) = (2 * m * Fin)/(p * 2^s)
  *  其中: m = MDIV + 8, p = PDIV + 2, s = SDIV
  * 对于本开发板，Fin = 12MHz
  * 设置CLKDIVN，令分频比为：FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4，
  * FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz
  */
 void clock_init(void)
 {
     // LOCKTIME = 0x00ffffff;   // 使用默认值即可
     CLKDIVN  = 0x03;            // FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, HDIVN=1,PDIVN=1
 
     /* 如果HDIVN非0，CPU的总线模式应该从“fast bus mode”变为“asynchronous bus mode” */
 __asm__(
     "mrc    p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"        /* 读出控制寄存器 */
     "orr    r1, r1, #0xc0000000\n"          /* 设置为“asynchronous bus mode” */
     "mcr    p15, 0, r1, c1, c0, 0\n"        /* 写入控制寄存器 */
     );
 
     /* 判断是S3C2410还是S3C2440 */
     if ((GSTATUS1 == 0x32410000) || (GSTATUS1 == 0x32410002))
     {
         MPLLCON = S3C2410_MPLL_200MHZ;  /* 现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz */
     }
     else
     {
         MPLLCON = S3C2440_MPLL_200MHZ;  /* 现在，FCLK=200MHz,HCLK=100MHz,PCLK=50MHz */
     }
 }
 
 /*
  * 设置存储控制器以使用SDRAM
  */
 void memsetup(void)
 {
     volatile unsigned long *p = (volatile unsigned long *)MEM_CTL_BASE;
 
     /* 这个函数之所以这样赋值，而不是像前面的实验(比如mmu实验)那样将配置值
      * 写在数组中，是因为要生成”位置无关的代码”，使得这个函数可以在被复制到
      * SDRAM之前就可以在steppingstone中运行
      */
     /* 存储控制器13个寄存器的值 */
     p[] = 0x22011110;     //BWSCON
     p[] = 0x00000700;     //BANKCON0
     p[] = 0x00000700;     //BANKCON1
     p[] = 0x00000700;     //BANKCON2
     p[] = 0x00000700;     //BANKCON3
     p[] = 0x00000700;     //BANKCON4
     p[] = 0x00000700;     //BANKCON5
     p[] = 0x00018005;     //BANKCON6
     p[] = 0x00018005;     //BANKCON7
 
                                             /* REFRESH,
                                              * HCLK=12MHz:  0x008C07A3,
                                              * HCLK=100MHz: 0x008C04F4
                                              */
     p[]  = 0x008C04F4;
     p[] = 0x000000B1;     //BANKSIZE
     p[] = 0x00000030;     //MRSRB6
     p[] = 0x00000030;     //MRSRB7
 }
 
 void copy_steppingstone_to_sdram(void)
 {
     unsigned int *pdwSrc  = (unsigned int *);
     unsigned int *pdwDest = (unsigned int *)0x30000000;
 
     while (pdwSrc < (unsigned int *))
     {
         *pdwDest = *pdwSrc;
         pdwDest++;
         pdwSrc++;
     }
 }

　　serial.c

 #include "s3c24xx.h"
 #include "serial.h"
 
 #define TXD0READY   (1<<2)
 #define RXD0READY   (1)
 
 #define PCLK            50000000    // init.c中的clock_init函数设置PCLK为50MHz
 #define UART_CLK        PCLK        //  UART0的时钟源设为PCLK
 #define UART_BAUD_RATE  115200      // 波特率
 #define UART_BRD        ((UART_CLK  / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)
 
 /*
  * 初始化UART0
  * 115200,8N1,无流控
  */
 void uart0_init(void)
 {
     GPHCON  |= 0xa0;    // GPH2,GPH3用作TXD0,RXD0
     GPHUP   = 0x0c;     // GPH2,GPH3内部上拉
 
     ULCON0  = 0x03;     // 8N1(8个数据位，无较验，1个停止位)
     UCON0   = 0x05;     // 查询方式，UART时钟源为PCLK
     UFCON0  = 0x00;     // 不使用FIFO
     UMCON0  = 0x00;     // 不使用流控
     UBRDIV0 = UART_BRD; // 波特率为115200
 }
 
 /*
  * 发送一个字符
  */
 void putc(unsigned char c)
 {
     /* 等待，直到发送缓冲区中的数据已经全部发送出去 */
     while (!(UTRSTAT0 & TXD0READY));
 
     /* 向UTXH0寄存器中写入数据，UART即自动将它发送出去 */
     UTXH0 = c;
 }
 
 /*
  * 接收字符
  */
 unsigned char getc(void)
 {
     /* 等待，直到接收缓冲区中的有数据 */
     while (!(UTRSTAT0 & RXD0READY));
 
     /* 直接读取URXH0寄存器，即可获得接收到的数据 */
     return URXH0;
 }
 
 /*
  * 判断一个字符是否数字
  */
 int isDigit(unsigned char c)
 {
     if (c >= '' && c <= '')
         return ;
     else
         return ;
 }
 
 /*
  * 判断一个字符是否英文字母
  */
 int isLetter(unsigned char c)
 {
     if (c >= 'a' && c <= 'z')
         return ;
     else if (c >= 'A' && c <= 'Z')
         return ;
     else
         return ;
 }

　　main.c

 #include "serial.h"
 
 int main()
 {
     unsigned char c;
     uart0_init();   // 波特率115200，8N1(8个数据位，无校验位，1个停止位)
 
     while()
     {
         // 从串口接收数据后，判断其是否数字或子母，若是则加1后输出
         c = getc();
         if (isDigit(c) || isLetter(c))
             putc(c+);
     }
 
     return ;
 }