全面解讀串口的基本概念，通信標(biāo)準(zhǔn)，電路原理圖，程序編寫

1. 串口的基本概念
1.1 UART - 串行異步收發(fā)器 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
串行/并行（課后補(bǔ)充）
異步/同步：'異步/同步通信兩者之間的區(qū)別' （補(bǔ)充）
'單工/半雙工/全雙工：
單工：任何時(shí)候數(shù)據(jù)只能朝一個(gè)方向傳輸
半雙工：數(shù)據(jù)可以向兩個(gè)方向傳輸，任何同一時(shí)刻只能朝同一方向傳輸
全雙工：數(shù)據(jù)可以同時(shí)向兩個(gè)方向傳輸
1.2 串口通信標(biāo)準(zhǔn)
RS232（電子工業(yè)協(xié)議EIA） - 目前最常用的'串行接口標(biāo)準(zhǔn)'
規(guī)定了'電氣特性'：
邏輯 0 ，+3 v ~ +15 v，SPACE
邏輯 1 ，- 3 v ~ - 15 v，MARK
規(guī)定了'機(jī)械特性'：
傳輸距離 < 10 m
TTL電平，計(jì)算機(jī)內(nèi)部電平(CPU)：
邏輯 0 ，低電平 < 0.8 v
邏輯 1 ，高電平 > 2.4 v
串行異步通信的重要參數(shù)：
>>數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)： 5 ~ 8 bit （開發(fā)板那端定好的是 8 bit / 幀數(shù)據(jù)）
>>驗(yàn)證方式：奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、無校驗(yàn)
>>停止位寬度：1~2bit
>>通信的速率：bps （bit per second - 每秒傳輸bit位）'波特率單位'

2. 電路原理圖
【底板】
|---SP3232E電平轉(zhuǎn)換芯片---|
PC_TXD1 ---> T2OUT ---> T2IN ---> UARTTXD0 ---> 'GPIOD18
PC_RXD1 ---> R2IN ---> R2OUT ---> UARTRXD0 ---> 'GPIOD14
完成串口通信有兩種方式：
1) 一種方式：運(yùn)行在arm core的程序和LED一樣直接操作GPIO管腳，形成串行異步收發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)序。
2) 另一方式：S5P6818中集成了uart控制器，方式 1)純軟件實(shí)現(xiàn)通信的過程就可以使用軟硬件結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)通信時(shí)序，從而簡化軟件編程。

問題：
uart控制器可以完成哪些工作，還需軟件做哪些工作，兩者之間如何配合？
答案：CPU的數(shù)據(jù)手冊(cè)中關(guān)于uart的相關(guān)章節(jié)

3. CPU datasheet
3.1 管腳的功能選擇
--->P 71 - 2.3
GPIOD18 - Function1
GPIOD14 - Function1
--->P 757 - 16.5.1.8
GPIODALTFN0 - 0xc001d020 - [29:28] - 01=ALT Function1
GPIODALTFN1 - 0xc001d020 - [ 5 : 4 ] - 01=ALT Function1
3.2 uart 控制器
--->P 960 - 25.1
' S5P6818串行異步收發(fā)器 UART 單元特點(diǎn)：
1) 提供 6 個(gè)獨(dú)立的uart控制器
2) 數(shù)據(jù)傳輸可以使用輪詢、中斷、DMA方式
3) 采用系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)最大傳輸速率 4 Mbps // 采用外部時(shí)鐘時(shí)可以達(dá)更大速率
4) 每個(gè)UART通道有兩個(gè) 64 bytes FIFO供發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，以提供較高效率
5) 可編程波特率、紅外發(fā)送接收、1~2個(gè)停止位、5~8位數(shù)據(jù)寬度、奇偶校驗(yàn)

問題：
COM1對(duì)應(yīng)的是CPU內(nèi)部的哪個(gè)uart控制器？
答案：
根據(jù)COM1使用的是CPU上的GPIOD14、GPIOD18，推斷對(duì)應(yīng)的是CPU內(nèi)部的'UART0'。

知識(shí)點(diǎn)：
'CPU感知外接硬件變化通常有3種方式：
1>輪詢；
// 定時(shí)對(duì)各種設(shè)備輪流詢問一遍有無處理要求，有要求就處理，處理完回歸CPU日常工作。- 適合硬件變化頻繁的狀況
2>中斷；
// 當(dāng)有硬件設(shè)備處理要求是，CPU啟動(dòng)輸入輸出設(shè)備存檔準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，I/O完成發(fā)出中斷信號(hào)，接收中斷處理數(shù)據(jù)，隨后某個(gè)時(shí)刻繼續(xù)工作。 - 適合硬件變化不是特別頻繁的狀況
3>DMA；
// 直接內(nèi)存存取，direct memory access，數(shù)據(jù)在內(nèi)存與I/O設(shè)備間直接進(jìn)行成塊傳輸。

'【UART控制器重要參數(shù)】
non-FIFO - 115200 - 8 - None - 1 - 輪詢mode

ULCON0 - 0xc00a1000 - R/W
- [ 1 : 0 ] - 11 , 8 bit - 數(shù)據(jù)寬word lenth
- [ 2 ] - 0 , 1 bit - 停止位number of stop bit
- [ 5 : 3 ] - 000 - 無校驗(yàn)
- [ 6 ] - 0 - 紅外正常模式

UCON0 - 0xc00a1004 - R/W
- [ 1 : 0 ] - 01 - 輪詢接收 Receive Mode(Polling mode)
- [ 3 : 2 ] - 01 - 輪詢發(fā)送 Transmit Mode(Polling mode)
- [ 5 ] - 01 - 設(shè)置輪詢模式 Setting Loop-back mode

UFCON0 - 0xc00a1008 - R/W
- [ 0 ] - 0 - 禁用FIFO(non-FIFO) FIFO Disables

UTRSTAT0 - 0xc00a1010 - R
- [ 0 ] - 1 - 代表收到了數(shù)據(jù) Buffer has a received data
- [ 1 ] - 0 / 1 - 0 代表 transmit buffer 非空， 1 代表空

UTXH0 - 0xc00a1020 - W
- [ 7 : 0 ] - 寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù) Transmit Data for UART0

URXH0 - 0xc00a1024 - R
- [ 7 : 0 ] - 讀出接收到的數(shù)據(jù) Receive Data for UART0

--->P 313 - 5.3.2.1.13 UARTCLKENB - '時(shí)鐘源配置，地址數(shù)與UART對(duì)應(yīng)
UARTCLKENB - 0xc00a9000 - R/W
- [ 2 ] - 1 - 使UART0時(shí)鐘使能 Enable

UARTCLKGEN0L - 0xc00a9004 - R/W
- [ 4 : 2 ] - 1 - 時(shí)鐘源頻率選擇 PLL[1]==800MHz（uboot中調(diào)為該頻率）
- [12: 5 ] - 1111 1111 - 分頻系數(shù)，提供給UART0的時(shí)鐘信號(hào) 50 MHz
// 1M==100萬，800M==8億，1111==0x0f，800MHz(0x0f+1)=50MHz

--->P 986 - 25.4.1.11/25.4.1.12 - '用于分頻，將輸入的50MHz分頻成適合每秒鐘發(fā)送115200個(gè)bit所需要的時(shí)鐘信號(hào)
UBRDIV0 - 0xc00a1028 - R/W - 經(jīng)計(jì)算取值為 26
UFRACVAL0 - 0xc00a102c - R/W - 經(jīng)計(jì)算取值為 2

--->P 969 - For example // 設(shè)置方法示例

/*手冊(cè)定好的計(jì)算方式，不需要問為什么，直接套公式即可。

DIV_VAL=(40000000/(115200x16))–1

=21.7–1

=20.7

UBRDIVn=20(integerpartofDIV_VAL)

UFRACVALn/16=0.7

So,UFRACVALn=11

*/

50000000 / (115200 * 16) - 1 = 27.13 - 1 = 26.13 = 26 【==UBRDIV0】
0.13 * 16 = 2.08 = 2 【==UFRACVAL0】

【匯總】S5P6818UART相關(guān)寄存器
1) UART行控制器ULCONn - 設(shè)置數(shù)據(jù)格式
2) UART模式控制寄存器UCONn - 用來選擇時(shí)鐘源，發(fā)送/接收數(shù)據(jù)可選輪詢
3) UART FIFO控制寄存器UFCONn
4) UART MODEM控制寄存器UMCONn
5) 發(fā)送寄存器UTXH、接收寄存器URXH
6) 波特率分頻寄存器UBRDIV，UFRACVAL
7) GPIO相關(guān)寄存器
8) 中斷相關(guān)寄存器
9) 時(shí)鐘、電源控制寄存器


4. 編碼

/**代碼演示-main.c**/

#include"uart.h"

voidmain(void){

//8N1115200non-FIFOpolling

uart_init();

while(1){

uart_puts("nhello,world!");

}

}

/**代碼演示-uart.c**/

#defineUART0CLKENB*((volatileunsignedint*)0xc00a9000)

#defineUART0CLKGEN0L*((volatileunsignedint*)0xc00a9004)

#defineGPIOD_ALTFN0*((volatileunsignedint*)0xc001d020)

#defineGPIOD_ALTFN1*((volatileunsignedint*)0xc001d024)

#defineGPIOD_PULLENB*((volatileunsignedint*)0xc001d060)

#defineULCON0*((volatileunsignedint*)0xc00a1000)

#defineUCON0*((volatileunsignedint*)0xc00a1004)

#defineUFCON0*((volatileunsignedint*)0xc00a1008)

#defineUTRSTAT0*((volatileunsignedint*)0xc00a1010)

#defineUTXH0*((volatileunsignedint*)0xc00a1020)

#defineURXH0*((volatileunsignedint*)0xc00a1024)

#defineUBRDIV0*((volatileunsignedint*)0xc00a1028)

#defineUFRACVAL0*((volatileunsignedint*)0xc00a102c)

voiduart_init(void){

/*uart0clkdisable*/

UART0CLKENB&=~(1<<2);

//GPIOD18(Tx接收管腳)GPIOD14(Rx發(fā)送管腳)配置功能Function1

GPIOD_ALTFN0&=~(3<<28);//GPIOD14

GPIOD_ALTFN0|=(1<<28);

GPIOD_ALTFN1&=~(3<<4);//GPIOD18

GPIOD_ALTFN1|=(1<<4);

//時(shí)鐘配置：選擇PLL[1]800MHz

UART0CLKGEN0L&=~(7<<2);

UART0CLKGEN0L|=(1<<2);

//分頻設(shè)置800/(0x0f+1)=50MHz

UART0CLKGEN0L&=~(0xff<<5);//[12:5]8個(gè)位

UART0CLKGEN0L|=(0xf<<5);//[12:5]4個(gè)位設(shè)置為1111

//UART控制器設(shè)置

ULCON0=0x03;//8N1

UCON0=0x05;//0101==0x05polling

UFCON0&=~(1<<0);//non-FIFOdisable

UBRDIV0=26;//50000000/(115200*16)-1==26.13

UFRACVAL0 = 2; // 0.13*16 == 2