Linux之ARM (I.MX6ULL)UART串口通信原理

    科技2022-07-15  174

    Linux之ARM (I.MX6ULL)UART串口通信原理

    1.UART串口简介1.1 UART 通信格式1.2 UART 电平标准 2. I.MX6U UART 简介2.1 UART 的时钟源选择 3.UART重要的寄存器介绍3.1 UART的控制寄存器1 ==(UARTx_UCR1)==3.2 UART的控制寄存器2 ==(UARTx_UCR2)==3.3 UART的控制寄存器3 ==(UARTx_UCR3)==3.4 UART的状态寄存器2 ==(UARTx_USR2)==3.5 寄存器UARTx_UFCR 、UARTx_UBIR和 UARTx_UBMR3.5.1 寄存器==UARTx_UFCR== 不管是单片机开发还是嵌入式 Linux 开发,串口都是最常用到的外设。可以通过串口将开发板与电脑相连,然后在电脑上通过串口调试助手来调试程序。还有很多的模块,比如蓝牙、GPS、 GPRS 等都使用的串口来与主控进行通信的,在嵌入式 Linux 中一般使用串口作为控制台,所以掌握串口是必备的技能。

    1.UART串口简介

    1.1 UART 通信格式

    串口全称叫做串行接口,通常也叫做 COM 接口,串行接口指的是数据一个一个的顺序传输,通信线路简单。使用两条线即可实现双向通信,一条用于发送,一条用于接收。串口通信距离远,但是速度相对会低,串口是一种很常用的工业接口。 I.MX6U 自带的 UART 外设就是串口的一种, UART 全称是 Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter,也就是异步串行收发器。 既然有异步串行收发器,那肯定也有同步串行收发器,学过 STM32 的同学应该知道, STM32除 了 有 UART 外 ,还有 另 外一 个 叫 做 USART 的 东 西。 USART 的全 称 是 UniversalSynchronous/AsynchronousReceiver/Transmitter,也就是同步/异步串行收发器。 相比 UART 多了一个同步的功能,在硬件上体现出来的就是多了一条时钟线。 一般 USART 是可以作为 UART使用的,也就是不使用其同步的功能。UART 作为串口的一种,其工作原理也是将数据一位一位的进行传输,发送和接收各用一条线,因此通过 UART 接口与外界相连最少只需要三条线: TXD(发送)、 RXD(接收)和 GND(地线)。图就是 UART 的通信格式:

    位含义空闲位数据线在空闲状态的时候为逻辑“1”状态,也就是高电平,表示没有数据线空闲,没有数据传输。起始位当要传输数据的时候先传输一个逻辑“0”,也就是将数据线拉低,表示开始数据传输。数据位数据位就是实际要传输的数据,数据位数可选择 5~8 位,我们一般都是按照字节传输数据的,一个字节 8 位,因此数据位通常是 8 位的。低位在前,先传输,高位最后传输。奇偶校验位这是对数据中“1”的位数进行奇偶校验用的,可以不使用奇偶校验功能。停止位数据传输完成标志位,停止位的位数可以选择 1 位、 1.5 位或 2 位高电平,一般都选择 1 位停止位。波特率波特率就是 UART 数据传输的速率,也就是每秒传输的数据位数,一般选择 9600、19200、 115200 等

    1.2 UART 电平标准

    UART 一般的接口电平有 TTL 和 RS-232,一般开发板上都有 TXD 和 RXD 这样的引脚,这些引脚低电平表示逻辑 0,高电平表示逻辑 1,这个就是 TTL 电平。 RS-232 采用差分线, -3~-15V 表示逻辑 1, +3~+15V 表示逻辑 0。一般图中的接口就是 TTL 电平: 图中的模块就是 USB 转 TTL 模块, TTL 接口部分有 VCC、 GND、 RXD、 TXD、RTS 和 CTS。 RTS 和 CTS 基本用不到,使用的时候通过杜邦线和其他模块的 TTL 接口相连即可。

    RS-232 电平需要 DB9 接口, I.MX6U-ALPHA 开发板上的 COM3(UART3)口就是 RS-232 接口的,如图所示: 由于现在的电脑都没有 DB9 接口了,取而代之的是 USB 接口,所以就催生出了很多 USB转串口 TTL 芯片,比如 CH340、PL2303 等。通过这些芯片就可以实现串口 TTL 转 USB。I.MX6UALPHA开发板就使用CH340 芯片来完成UART1 和电脑之间的连接,只需要一条USB 线即可,如图所示:

    2. I.MX6U UART 简介

    I.MX6U 的 UART 接口, I.MX6U 一共有 8 个 UART,其主要特性如下: ①、兼容 TIA/EIA-232F 标准,速度最高可到 5Mbit/S。 ②、支持串行 IR 接口,兼容 IrDA,最高可到 115.2Kbit/s。 ③、支持 9 位或者多节点模式(RS-485)。 ④、 1 或 2 位停止位。 ⑥、可编程的奇偶校验(奇校验和偶校验)。 ⑦、自动波特率检测(最高支持 115.2Kbit/S)。

    2.1 UART 的时钟源选择

    UART 的时钟源是由寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL(bit)位来选择的,当为 0 的时候 UART 的时钟源为 pll3_80m(80MHz),如果为 1 的时候 UART 的时钟源为 osc_clk(24M),一般选择 pll3_80m 作为 UART 的时钟源。寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_PODF(bit5:0)位是 UART 的时钟分频值,可设置 0~63,分别对应 1~64 分频,一般设置为 1 分频,因此最终进入 UART 的时钟为 80MHz。

    3.UART重要的寄存器介绍

    3.1 UART的控制寄存器1 (UARTx_UCR1)

    寄存器 UARTx_UCR1 我们用到的重要位如下:

    位介绍ADBR(bit14)动波特率检测使能位,为 0 的时候关闭自动波特率检测,为 1 的时候使能自动波特率检测。UARTEN(bit0)UART 使能位,为 0 的时候关闭 UART,为 1 的时候使能 UART。

    3.2 UART的控制寄存器2 (UARTx_UCR2)

    寄存器 UARTx_UCR2 用到的重要位如下:

    位介绍IRTS(bit14)为 0 的时候使用 RTS 引脚功能,为 1 的时候忽略 RTS 引脚。PREN(bit8)奇偶校验使能位,为 0 的时候关闭奇偶校验,为 1 的时候使能奇偶校验。PROE(bit7)奇偶校验模式选择位,开启奇偶校验以后此位如果为 0 的话就使用偶校验,此位为 1 的话就使能奇校验。STOP(bit6)停止位数量,为 0 的话 1 位停止位,为 1 的话 2 位停止位。WS(bit5)数据位长度,为 0 的时候选择 7 位数据位,为 1 的时候选择 8 位数据位。TXEN(bit2)发送使能位,为 0 的时候关闭 UART 的发送功能,为 1 的时候打开 UART的发送功能。RXEN(bit1)接收使能位,为 0 的时候关闭 UART 的接收功能,为 1 的时候打开 UART的接收功能。SRST(bit0)软件复位,为 0 的是时候软件复位 UART,为 1 的时候表示复位完成。复位完成以后此位会自动置 1, 表示复位完成。此位只能写 0,写 1 会被忽略掉。

    3.3 UART的控制寄存器3 (UARTx_UCR3)

    寄存器 UARTx_UCR3 中的位 RXDMUXSEL(bit2),这个位应该始终为 1,

    3.4 UART的状态寄存器2 (UARTx_USR2)

    寄存器 UARTx_USR2 用到的重要位如下:

    位介绍TXDC(bit3)发送完成标志位,为 1 的时候表明发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空,也就是发送完成,向 TxFIFO 写入数据此位就会自动清零。RDR(bit0)数据接收标志位,为 1 的时候表明至少接收到一个数据,从寄存器UARTx_URXD 读取数据接收到的数据以后此为会自动清零。

    3.5 寄存器UARTx_UFCR 、UARTx_UBIR和 UARTx_UBMR

    通过这三个寄存器可以设置 UART 的波特率,波特率的计算公式如下: Ref Freq:经过分频以后进入 UART 的最终时钟频率。 UBMR:寄存器 UARTx_UBMR 中的值。 UBIR:寄存器 UARTx_UBIR 中的值。

    通过 UARTx_UFCR 的 RFDIV 位、 UARTx_UBMR 和 UARTx_UBIR 这三者的配合即可得到我们想要的波特率。比如现在要设置 UART 波特率为 115200,那么可以设置 RFDIV 为5(0b101),也就是 1 分频,因此 Ref Freq=80MHz。设置 UBIR=71, UBMR=3124,根据上面的公式可以得到: 最后来看一下寄存器 UARTx_URXD 和 UARTx_UTXD,这两个寄存器分别为 UART 的接收和发送数据寄存器,这两个寄存器的低八位为接收到的和要发送的数据。读取寄存器UARTx_URXD 即可获取到接收到的数据,如果要通过 UART 发送数据,直接将数据写入到寄存器 UARTx_UTXD 即可。

    3.5.1 寄存器UARTx_UFCR

    UARTx_UFCR 中我们要用到的是位 RFDIV(bit9:7),用来设置参考时钟分频如下:

    RFDIV(bit9:7)分频值0006分频0015分频0104分频0113分频1002分频1011分频1107分频111保留
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