UART中的硬件流控RTS与CTS

 

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最近太忙了，没时间写对Ucos-II的移植，先将工作中容易搞错的一个知识点记录下来，关于CTS与RTS的。

在RS232中本来CTS 与RTS 有明确的意义，但自从贺氏(HAYES ) 推出了聪明猫(SmartModem)后就有点混淆了，不过现在这种意义为主流意义的，各大芯片制造厂家对UART控制器的流控基本采用HAYES MODEM流控解释。

在RS232中RTS 与CTS 是用来半双工模式下的方向切换，本文不解释；

如果UART只有RX、TX两个信号，要流控的话只能是软流控；如果有RX，TX，CTS，RTS 四个信号，则多半是支持硬流控的UART；如果有 RX，TX，CTS ，RTS ，DTR，DSR 六个信号的话，RS232标准的可能性比较大。

SIMCOM公司对RTS/CTS的解释：

（要注意区别是不是讲串口支持硬流控的RTS/CTS，别看为益，在和瑞芯微调试硬件流控时，别这个非主流的解释搞得晕头转向的，下面用灰色小字体表示）

RTS是模块的输入端，用于MCU通知模块，MCU是否准备好，模块是否可向MCU发送信息，RTS的有效电平为低。

CTS是模块的输出端，用于模块通知MCU，模块是否准备好，MCU是否可向模块发送信息，CTS的有效电平为低

HAYES Modem中的RTS ，CTS 是用来进 行硬件流控的。现在通常UART的RTC、CTS的含义指后者，即用来做硬流控的。

硬流控的RTS、CTS：

（现在做串口使用RTS/CTS必看内容，因为MTK/）

RTS （Require ToSend，发送请求）为输出信号，用于指示本设备准备好可接收数据，低电平有效，低电平说明本设备可以接收数据。

CTS （Clear ToSend，发送允许）为输入信号，用于判断是否可以向对方发送数据，低电平有效，低电平说明本设备可以向对方发送数据。

此处有人将CTS翻译为发送允许，我感觉的确比翻译为清除发送好。因为CTS是对方的RTS控制己方的CTS是否允许发送的功能。

用AP与MODEM采用流控收发串口数据举例：

CTS 为输入

RTS 为输出

AP的CTS对接MODEM的RTS；MODEM的CTS对接AP的RTS。

 

默认启动时：

AP的CTS为高

AP的RTS为低

MODEM的CTS       高     但极容易被拉低

MODEM的RTS       低

默认休眠时

MODEM的CTS       高     但极容易被拉低

MODEM的RTS       高

 

其中CTS用电压表测量电压时发现：在测量最初的大概200ms时，为高电平，然后电压值不断下降，变成低电平，这说明CTS悬空时应该为高，这中高电平仅仅是一定量的正电荷而已。

不知道芯片设计时，规格说明书为什么要写CTS默认为高，CTS仅仅是输入端，不需要什么默认值啊。并且在流控打开情况下，不接CTS与RTS，也是可以正常3根线（RXD/TXD/GND）通信的，这说明不接RTS/CTS时，CTS为低电平才对。为何实际使用与芯片规格说明书不一致，可能是被外壳金属盖干扰到低电平了，毕竟自己用的模块，CTS是如此靠近低电平的金属保护盖，并且CTS为输入口，没有上拉下拉电平能力。

 

AP与MODEM的流控这样通信的：

AP串口可用时，将AP-RTS拉低，MODEM-CTS检测到AP-RTS为低，知道AP串口已准备好，可以发送数据；

AP串口不可用时，将AP-RTS拉高，MODEM-CTS检测到AP-RTS为高，知道AP串口还未准备好，就不会放数据。

MODEM串口可用与不可用时的交互是同样道理。

 

没有串口控制器，用中断和普通IO口即可实现RTS与CTS功能。

RTS用GPIO实现，串口就绪拉低电平，串口忙拉高电平

CTS用中断实现，检测到低电平，将串口数据发送出去，检测到高电平则保留串口数据直到检测到低电平为止。

 

下面是摘录网上有用的参考资料：

假定A、B两设备通信，A设备的RTS 连接B设备的CTS ；A设备的CTS 连接B设备的RTS 。前一路信号控制B设备的发送，后一路信号控制A设备的发送。对B设备的发送（A设备接收）来说，如果A设备接收缓冲快满的时发出RTS 信号（意思通知B设备停止发送），B设备通过CTS 检测到该信号，停止发送；一段时间后A设备接收缓冲有了空余，发出RTS 信号，指示B设备开始发送数据。A设备发（B设备接收）类似。上述功能也能在数据流中插入Xoff（特殊字符）和Xon（另一个特殊字符）信号来实现。A设备一旦接收到B设备发送过来的Xoff，立刻停止发 送；反之，如接收到B设备发送过来的Xon，则恢复发送数据给B设备。同理，B设备也类似，从而实现收发双方的速度匹配。

半双工的方向切换：RS232中使用DTR（Date Terminal Ready，数据终端准备）与DSR（Data Set Ready ，数据设备准备好）进行主流控，类似上述的RTS 与CTS 。对半双工的通信的DTE（Date Terminal Equipment，数据终端设备）与DCE（Data circuitEquipment ）来说，默认的方向是DTE接收，DCE发送。如果DTE要发送数据，必须发出RTS 信号，请求发送数据。DCE收到后如果空闲则发出CTS 回应RTS 信号，表示响应请求，这样通信方向就变为DTE->TCE，同时RTS 与CTS 信号必须一直保持。从这里可以看出，CTS ，TRS虽然也有点流控的意思（如CTS 没有发出，DTE也不能发送数据），但主要是用来进行方向切换的。

 

流控制在串行通讯中的作用

这里讲到的“流”，当然指的是数据流。数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失。现在我们在网络上通过MODEM进行数据传输，这个问题就尤为突出。流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过来时，就发出“不再接收”的信号，发送端就停止发送，直到收到“可以继续发送”的信号再发送数据。因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。PC机中常用的两种流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和软件流控制XON/XOFF（继续/停止），下面分别说明。

 

硬件流控制

硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。

硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用CTS来起动和暂停来自计算机的数据流。这种硬件握手方式的过程为：我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75％）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25％），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将CTS线置低电平（送逻辑0），当发送端的程序检测到CTS为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将CTS置高电平。RTS则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。

常用的流控制还有还有DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。

 

软件流控制

由于电缆线的限制，我们在普通的控制通讯中一般不用硬件流控制，而用软件流控制。一般通过XON/XOFF来实现软件流控制。常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端发出XOFF字符（十进制的19或Control-S，设备编程说明书应该有详细阐述），发送端收到XOFF字符后就立即停止发送数据；当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端发出XON字符（十进制的17或Control-Q），发送端收到XON字符后就立即开始发送数据。一般可以从设备配套源程序中找到发送的是什么字符。

应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有这个问题。