UART串口协议基础1

Louis

kaly.liu@163.com

串口协议基础

1 串口概述

串口由收发器组成。发送器是通过TxD引脚发送串行数据，接收器是通过RxD引脚接收串行数据。

发送器和接收器都利用了一个移位寄存器，这个移位寄存器能够将数据进行“并转串”和“串转并”。尽管一个UART接口通常都包括了发送器和接收器。而实际上一个全双工串口UART控制器须要独立的发送和接收通道。这是由于每一个控制通道仅仅控制了一个pin（一个通道要么配置成发送器，要么配置成接收器，不能同一时候配置成接收器和发送器）。没有严格规定哪个通道能够是发送器、哪个通道能够使接收器。

UART协议（串口协议）同意选择一个校验位来检測简单的通信错误（transmission errors）。

校验位能够通过两种不同的方式进行产生和检測（generated and checked）:奇校验和偶校验（odd and even parity）。UART协议功能支持全部的校验方式。

串口协议对每一个字节数据的bit数并非固定不变的。虽然8-bit的字节是经经常使用到的，可是一些应用也用到7-bit、9-bit、或者很多其它bit的字节数据。串口功能能够使用每一个字节长达1~23bit长度的字节数据。另外。串口协议还须要1个開始位（1 start bit）(发送一个从“高到低”动作，低电平须要保持1 bit的时间)和1个停止位（1 stop bit）（发送一个从“底到高”动作。高电平须要保持1 bit的时间）来封装数据。

串口功能是双缓冲的。

不论是发送器还是接收器，它们都包括有一个移位寄存器和一个数据寄存器。

Host CPU能够在数据正在发送时。将新数据写入到发送器的数据寄存器；也能够在数据被接收时，从接收器的数据寄存器读取数据。

串口发送器通过对通道的“中断标志位”和数据发送器“需求标志位”置位来指示数据已经从“发送数据寄存器”传送到“发送移位寄存器”了。发送器的CIS标志位和DTRS被置位时，标志着发送数据寄存器已经准备就绪能够接收新数据了。假如中断标志位将被用于轮询环境（polling
environment）。CIS标志位就必须在新数据被写入发送器前被清零。

相同的，假设一个DMA通道被用于UART通道服务，那么DTRS标志位就应被DMA通道描写叙述符清零（should
be cleared by theDMA channel descriptor）。当数据别写入到数据发送寄存器时，这24-bit的数据发送寄存器MSB必须写为0。这个是iTPU串口的一个握手信号，这个握手信号表明了新的发送数据进行串行移位输出已经写好。

相同的，串口接收器通过对CIS和DTRS标志位进行置位，来表明新数据已经到了。当数据从接收移位寄存器传送到接收数据寄存器后，CIS和DTRS标志位就被置位了。假如中断标志位将被用于轮询环境（polling environment），接收器的CIS标志位就必须在新数据被读取后被清零。假设一个DMA通道被用于UART通道服务，那么DTRS标志位就应被DMA通道描写叙述符清零（should
be cleared by theDMA channel descriptor）。为了避免数据丢失或者反复读取相同的数据，所以必须在接收兴许的数据前完毕 检測新接收到的数据、读取数据、和清除接收CIS标志位和DRTS标志位。相同的，在随后数据接收前，与每一个已接收到的数据位相关的“错误条件”（error
condition）必须被检測或者保存好，否则errorcondition将会丢失。

串口功能能够进行连续的传输（back-to-back transfer）。

假设数据及时，发送器不会产生空暇信号（idle line signal），而是在一个stop位后，紧跟着下一帧数据的star位。

空暇信号仅仅有在传送数据已经被串行移位输出，发送数据寄存器为空时才会产生。

发送器的空暇信号时间都是1 bit时间的整数倍。接收器能够处理不论什么长度的空暇信号。

每一个数据都是由1个start位開始的。開始位始终是逻辑0。尾随在開始位后面的是特定长度的数据，数据是LSB模式发送的。假设校验位被使能。那么1个校验位也将产生，并被发送。数据的最后一位由1个stop位标志。结束位始终是逻辑1。一个空暇line就是由连续多个的stop位组成的，这也就意味着空暇信号事实上就是信号线一直保持在逻辑1。

样例：一个ASCII字符“A”（8-bit。hex码为0x41）一直都是以例如以下的方式进行传送的。注意：数据是LSB first发送方式。

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvbGl1em9uZ21pbmcxOTg4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="">

如图2很多其它具体内容：（注意：时序图显示0x41数据串行输出时序，LSB first。

）

文中用到的“bittime”位时间。指的是传送或接受1bit数据所须要的时间。

位时间是由波特率决定的。例如以下公式：

Bittime = 1/Baud Rate

接收器通过感知start位的下降沿。来检測数据。由于UART功能总是把服务请求初始化后的第一个下降沿作为有效的起始条件，此时若line是空暇的，就必须使能接收器。接收位仅仅採样一次。大约半个bit time。在每次start bit时。接收器都将出现同步。

2 基本时序

如图2展示了TX和RX数据。以及串行数据的时序。不论什么写入到tx数据寄存器的数据，必须将msb位置为0（事实上就是開始位，startbit）。

这表明UART的新数据已经准备好，能够进行移位输出了。

全部接收的数据通过API接收函数fs_etpu_uart_read
_receive _data()进行右对齐。传送的数据总是由1開始位（1 bittime low）和1停止位(1 bit time high)封装。数据总是LSB FIRST移位输出。当全部数据被传送出去后，依据校验位是否被使能，校验位也将被选择性的输出。

数据宽度被限制在23bits以内。这就意味着最大的数据大小、加上校验位，以及開始位、结束位，一帧数据最长将达到26bits。接收到的数据MSB总是0。