UART 协议

• UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）是一种串行通信协议，用于在计算机或外设之间进行数据交换。UART协议广泛应用于嵌入式系统和微控制器领域。

主要特点

1. 异步通信：UART不需要时钟信号来同步发送和接收设备，而是通过预定的波特率来控制数据传输速度。

2. 全双工通信：UART支持同时发送和接收数据。

3. 帧结构
   $$帧=起始位(1位)+数据位(5到8位)+校验位(1位)+停止位(1位或2位)$$
   

4. UART通信通常主要依赖三根线

   • TX（Transmit）：发送数据线。
   • RX（Receive）：接收数据线。
   • GND（Ground）：地线。
     

5. 单工和双工

   • 单工
     • 数据只单向传输（如广播）
   • 双工
     • 半双工通信：双方可以传输数据，但不能同时进行（如对讲机）。
     • 全双工通信：双方可以同时传输和接收数据（如电话通信）。

6. 波特率

   • 串行通信中每秒钟传输的符号（信号）数，通常用于衡量数据传输速率。
   • 在简单的通信系统中（如UART），每个符号（码元）通常对应1个比特，因此波特率和比特率相同。但是在某些通信系统中，一个符号可能代表多个比特，这时波特率和比特率就不再相等。例如，如果一个符号表示2个比特，那么比特率就是波特率的2倍。
   • 波特率的选择
     • 通信双方的波特率必须匹配
     • 较高的波特率可以提高数据传输速度，但同时可能增加信号的噪声和错误风险，特别是在长距离通信中。
     • 较低的波特率较为稳定可靠，但传输速度较慢。
   • 波特率的计算
     • 波特率通常由时钟频率和分频器设置确定。在许多微控制器或通信模块中，波特率由系统时钟频率和预分频寄存器共同决定。
       $$波特率=\frac{系统时钟频率}{分频值}$$

7. 数据发送先行位

   • I²C：默认情况下，数据总是按 高位先行（MSB First） 传输，即最高位先发出。
   • SPI：默认也是 高位先行，但它可以灵活配置，你可以选择按 低位先行（LSB First） 传输数据。
   • UART：UART 通信协议默认情况下使用低位先行（LSB First）进行数据传输。

8. 轮询、中断和DMA

   • 轮询：计算机主动发起，定期访问
   • 中断：IO设备发起
   • DMA：解放CPU

UART控制器

• UART控制器是处理UART通信的硬件模块或芯片，负责在发送和接收设备之间完成数据的串行通信。
• UART控制器的主要功能是将并行数据转换为串行数据（在发送时），以及将串行数据转换为并行数据（在接收时），并处理通信协议中的各个部分，如波特率控制、数据帧格式等。
  

组成部分

1. 发送器（Transmitter）
   • 数据寄存器：在发送数据之前，数据首先存储在发送寄存器（通常称为发送移位寄存器，TX Shift Register）。该寄存器负责把并行数据（通常是一个字节）转换为串行格式。
   • 移位器：控制串行数据的输出顺序。UART发送器将数据按**低位先行（LSB First）**的方式逐位发送。
   • 帧生成器：根据配置好的帧格式（起始位、数据位、校验位、停止位），自动生成符合UART协议的完整数据帧并通过TX线发送出去。
2. 接收器（Receiver）：
   • 接收寄存器：接收的串行数据通过RX引脚输入，并逐位加载到接收寄存器中，通常称为接收移位寄存器（RX Shift Register）。
   • 帧解析器：接收器解析输入的数据帧，识别起始位、数据位、校验位和停止位，并从帧中提取出实际的有效数据。
   • 校验检测：如果启用了校验位，接收器会根据校验位的配置（奇校验或偶校验）对接收的数据进行错误检查。
3. 波特率生成器（Baud Rate Generator）
   • 波特率生成器负责产生用于控制数据传输速度的时钟信号。确保发送器和接收器能够按预定的波特率同步发送和接收数据。
   • 波特率生成器会确保UART控制器按设定的速率发送每一位数据。
4. 中断处理（Interrupt Handling）
   • UART控制器通常会与系统的中断机制结合。它可以在发送完一帧数据或接收到完整的数据时触发中断，让主处理器执行相关操作，如读取接收到的数据或发送新的数据。
   • 常见的中断类型包括发送完成中断、接收完成中断和错误中断（例如帧错误、超时、校验错误等）。
5. FIFO缓冲区（First In First Out Buffer，部分UART支持）
   • 一些UART控制器集成了发送和接收FIFO缓冲区，允许暂存多帧数据以避免数据丢失，尤其在数据传输速率较高或系统忙于处理其他任务时，FIFO缓冲区可以缓解压力。
6. 状态寄存器（Status Registers）：记录当前的通信状态

工作流程

1. 发送数据：
   • 用户程序将数据写入UART控制器的发送数据寄存器。
   • UART控制器根据设定的波特率和帧格式将数据打包成帧，并通过TX引脚串行发送出去。
   • 如果启用了中断，UART在完成发送时会产生中断通知主处理器，可以发送下一帧数据。
2. 接收数据：
   • 数据通过接收器的RX引脚逐位输入到UART控制器。
   • 接收的数据被解析，提取有效数据并存储到接收寄存器中。
   • UART控制器可以通过中断通知主处理器接收到新数据，等待处理。
3. 波特率控制：
   • 波特率生成器根据波特率寄存器中的设置，按设定的速率控制发送和接收的位速率，确保与另一端设备的波特率一致。

UART寄存器(fs4412)

• 裸机开发示例

• 总寄存器
  
• ULCONn
  

• 发送寄存器和接受寄存器
  
• 波特率设置（有误差：四舍五入）
  

#include “exynos4412.h”//要打开这个文件，查看其怎么定义的
/*1.将GPA1_0和GPA1_1分别设置成UART2的接收引脚和发送引脚GPA1CON[7:0]*// 连接起了
GPA1.CON = GPA1.CON & (~(0xFF<<0))|(0x22<<0);//0x22=0010 0010一次设置两个引脚//GPA1.CON & (~(0xFF<<0))低8位清零//|(0x22<<0)第二位和第六位为1
/*2.设置UART2的帧格式ULCON2 8位数据位 1位停止位 无校验位*// 串口寄存器
UART2.ULCON2 = UART2.ULCON2&(~(0x7F<<0))|(0x3<<0);//0000 0011/*3.设置UART2的接收和发送模式为轮询模式UCON[3:0]*/
UART2.UCON2 = UART2.UCON2 & (~(0xF <<0))|(0x5<<0);/*4.设置UART2的波特率为115200，UBRDIVn/UFRACVALn*/
UART2.UBRDIV2 = 53;
UART2.UFRACVALn	= 4;	//利用公式计算
while(1)
{/*将要发送的数据写入发生寄存器UTXH2*/UART2.UTXH2 = 'A';//默认显示字符，不显示数字UART2.UTXH2 = 'B';UART2.UTXH2 = 'C';UART2.UTXH2 = 'D';
}
/*还有许多寄存器*/
/**//**//**/

• 上面的数据发送时会乱码:CPU往寄存器中写入数据的速度和发送器往外发送数据的速度不一致，故而会造成乱码

解决方法:4.第一张图中的状态寄存器。另类延迟while (!(UART2.UTRSTAT2 & (1<<1)));  // 等待发送完成UART2.UTXH2 = 'A';//默认显示字符，不显示数字while (!(UART2.UTRSTAT2 & (1<<1)));  // 等待发送完成UART2.UTXH2 = 'B';while (!(UART2.UTRSTAT2 & (1<<1)));  // 等待发送完成UART2.UTXH2 = 'C';while (!(UART2.UTRSTAT2 & (1<<1)));  // 等待发送完成UART2.UTXH2 = 'D';

• 接受数据

// 函数功能：接收UART2的一个字节数据并返回
char UART_Rec_Byte(void)
{char Data = 0;  // 定义变量Data，用于存储接收到的数据// 检查UART2的状态寄存器UTRSTAT2中的位1（接收数据是否准备好）// 假设位0为接收缓冲区是否有数据的标志if (UART2.UTRSTAT2 & 1)  // 如果接收寄存器中有数据可读{Data = UART2.URXH2;  // 从接收寄存器读取数据到Datareturn Data;         // 返回接收到的数据}else{return 0;            // 如果没有数据可读，返回0// 注意：返回0可能与接收字符0冲突，具体应用时需考虑如何处理}
}

输入输出重定向

• 没有操作系统的时候，只能自己写类似操作系统库函数

void UART_Send_Str(char *pstr)
{while(*pstr !='\0')UART_Send_Byte(*pstr++);
}