硬件开发（8）—IMX6ULL裸机—UART通信

原创已于 2025-09-16 21:19:29 修改 · 524 阅读

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于 2025-09-15 21:35:34 首次发布

核心定义：通信双方的角色完全固定，一方仅作为 “发送端”（只能向外发送数据），另一方仅作为 “接收端”（只能接收数据），数据只能沿单一方向传输，无法反向交互。
硬件特点：仅需 1 根数据线（负责单向数据传输）+ 1 根接地线（提供电平参考），硬件结构最简。
工作过程：发送端持续或按需输出数据，接收端始终处于 “监听” 状态，无需反馈任何信息（也无法反馈）
典型例子：
- 传统广播（电台向听众发送音频信号，听众无法向电台回传信息）
- 红外遥控器（遥控器向电视发送控制指令，电视不向遥控器反馈）

核心定义：通信双方均可作为发送端和接收端（角色可切换），但同一时间只能有一个方向传输数据（即 “发送时不能接收，接收时不能发送”），需通过协议或硬件机制控制角色切换。
硬件特点：通常仅需 1 根数据线（分时复用，既传发送数据也传接收数据）+ 1 根接地线
工作过程：
1. 初始状态下，双方默认处于 “接收模式”，监听数据线；
2. 当 A 端需要发送数据时，通过控制信号切换为 “发送模式”，向 B 端传输数据，此时 B 端保持 “接收模式”；
3. A 端发送完成后，切换回 “接收模式”；若 B 端需要回传数据，再切换为 “发送模式”，A 端转为 “接收模式”。
典型例子：
- 对讲机（按下 “说话键” 时为发送端，松开后为接收端，双方不能同时说话）

两种模式的核心差异在于一次传输的比特数和硬件资源占用，具体如下：

核心定义：将待传输的数据（通常为字节，8 位）拆分为单个比特，按 “先低后高” 或 “先高后低” 的固定次序，在一根或两根数据线上逐位传输（全双工用两根，半双工 / 单工用一根）
硬件特点：
- 数据线数量少（1~2 根），占用芯片引脚和 PCB 布线资源少，硬件成本低
工作过程（以先传低位为例）：
1. 发送端将字节拆分为 8 个比特
2. 按次序在数据线上逐位发送
3. 接收端按相同次序逐位接收
优势与局限：
- 优势：资源占用少、结构简单、抗干扰能力较强、适合长距离传输
- 局限：传输速率相对较低（一次仅传 1 位），不适合超高速场景（如 GB 级数据传输）
典型例子：TTL 串口、RS232、RS485、UART、SPI（同步串行）、IIC（同步串行）

核心定义：将待传输的数据（通常为字节、半字或字）的多个比特同时传输，每个比特对应一根独立的数据线，配合一根 “时钟线”（同步）或 “握手信号线”（异步）确保数据同步。
硬件特点：
- 数据线数量多（如 8 位并行需 8 根数据线，32 位并行需 32 根数据线），占用大量芯片引脚和 PCB 布线资源，硬件成本高；
- 要求所有数据线的 “传输延迟一致”（否则会出现 “码间串扰”），对线路设计要求严格（如 PCB 需等长布线）。
工作过程：
1. 发送端将字节 8 个比特（bit0~bit7）分别加载到 8 根数据线上
2. 通知接收端 “数据已准备好”
3. 接收端同时读取 8 根数据线上的比特，直接获得完整字节
优势与局限：
- 优势：传输速率高（一次传 n 位，速率是同时钟下串行的 n 倍），适合短距离高速传输
- 局限：资源占用多、成本高、抗干扰能力弱、传输距离短

两种模式的核心差异在于是否依赖专用时钟线以及 “同步机制”，具体如下：

定义：收发双方无专用时钟线，通过 “约定波特率” 和 “数据帧结构” 实现同步，即双方预先约定好 “每比特的传输时间”（由波特率决定），并通过帧中的 “起始位” 和 “停止位” 标记数据的开始和结束。
关键前提：
- 收发双方的波特率必须一致；
- 数据帧结构固定（起始位、数据位、校验位、停止位的位数需预先约定）。
数据帧结构（以 “8N1” 为例，即 8 位数据、无校验、1 位停止位）：
1. 空闲状态：数据线保持高电平（表示无数据传输）；
2. 起始位：发送端输出 1 个低电平（打破空闲状态，通知接收端 “数据即将到来”）；
3. 数据位：按 “先低后高” 次序传输 8 个比特；
4. 校验位（可选）：无校验时省略，有校验时传输 1 个比特（奇校验确保 “数据位 + 校验位” 中 1 的总数为奇数，偶校验为偶数）；
5. 停止位：输出 1 个高电平，标记一次数据结束，同时恢复空闲状态，为下一次做准备。
工作过程：
1. 接收端持续监听数据线，当检测到 “高电平→低电平” 的跳变（起始位）时，启动内部定时器；
2. 定时器按波特率计算的 “每比特时间的中间时刻” 采样数据位；
3. 采样完所有数据位（和校验位）后，检测到停止位（高电平），确认一次数据接收完成，重组数据。

核心定义：收发双方通过专用时钟线 实现同步，发送端控制时钟线的电平变化（如上升沿或下降沿），每一个时钟周期传输 1 个比特数据，接收端严格按照时钟信号的节奏采样数据，无需起始位和停止位。
关键前提：
- 时钟线由 “主设备”（通常是 CPU 或控制器）控制，“从设备”（如传感器、存储芯片）被动跟随时钟；
- 数据传输特点：
  - 无额外的起始 / 停止位，数据连续传输（一帧可包含多个字节），传输效率高；