三 ARM9(S3C2440)的串口UART——理论知识

 

概述
S3C2440A 的通用异步收发器（UART）配有3 个独立异步串行I/O（SIO）端口，每个都可以是基于中断或基
于DMA 模式的操作。换句话说，UART 可以通过产生中断或DMA 请求来进行CPU 和UART 之间的数据传输。
UART 通过使用系统时钟可以支持最高115.2Kbps 的比特率。如果是外部器件提供UEXTCLK 的UART，则UART
可以运行在更高的速度。每个UART 通道包含两个的64 字节的FIFO 给发送和接收。
S3C2440A 的UART 包括了可编程波特率，红外（IR）发送/接收，插入1 个或2 个停止位，5 位、6 位、7 位
或8 位的数据宽度以及奇偶校验。
每个UART 包含一个波特率发生器、发送器、接收器和一个控制单元，如图11-1 所示。波特率发生器可以由
PCLK、FCLK/n 或UEXTCLK（外部输入时钟）时钟驱动。发送器和接收器包含了64 字节FIFO 和数据移位器。
将数据写入到FIFO 接着在发送前复制到发送移位器中。随后将在发送数据引脚（TxDn）移出数据。与此同时从接收数据引脚（RxDn）移入收到的数据，接着从移位器复制到FIFO。

UART 操作
下述章节描述了UART 的操作，包括了数据发送，数据接收，中断发生，波特率发生，环回（Loopback）模
式，红外模式和自动流控制。
数据发送
可编程发送数据帧。由1 个起始位、5 至8 位数据位、1 个可选奇偶校验位以及1 至2 个停止位组成，是由行
控制寄存器（ULCONn）指定。发送器也可以产生单帧发送期间强制串行输出为逻辑0 状态的断点状态。此模块在
完成发送当前发送字后发送断点信号。在发出断点信号后，其不断发送数据到Tx FIFO（非FIFO 模式情况下Tx
保持寄存器）中。
数据接收
与发送类似，接收数据帧也是可编程的。由1 个起始位、5 至8 位数据位、1 个可选奇偶校验位以及1 至2 个
停止位组成，是由行控制寄存器（ULCONn）指定。接收器能够检测出溢出（overrun）错误、奇偶校验错误、帧
错误和断点状态，每个都可以设置一个错误标志。
– 溢出错误表明新数据在读出旧数据前覆盖了旧数据。
– 奇偶校验错误表明接收器检测出一个非预期奇偶校验字段。
– 帧错误表明接收到的数据没有有效的结束位。
– 断点状态表明RxDn 的输入保持为逻辑0 状态的时间长于单帧传输时间。
当其在3 字时间期间（此间隔在字宽位的设置随后）并且在FIFO 模式中Rx FIFO 为非空时不接收任何数据时
发生接收超时状态。

波特率发生
每个UART 的波特率发生器为发送器和接受器提供串行时钟。波特率发生器的源时钟可以选择S3C2440A 的
内部系统时钟或UEXTCLK。换句话说，分频由设置UCONn 的时钟选项选择。波特率时钟是通过16 和由UART
波特率分频寄存器（UBRDIVn）指定的16 位分频系数来分频源时钟（PCLK，FCLK/n 或UEXTCLK）产生的。
UBRDIVn 由下列表达式决定：
UBRDIVn = (int)( UART 时钟 / ( 波特率 × 16) ) - 1
（UART 时钟：PCLK，FCLK/n 或UEXTCLK）
当然，UBRDIVn 应该是从1 至（216-1），只有在使用小于PCLK 的UEXTCLK 时设置为0（旁路模式）。
例如，如果波特率为115200 bps 并且UART 时钟为40 MHz，则UBRDIVn 为：
UBRDIVn = (int)(40000000 / (115200 x 16) ) - 1
= (int)(21.7) - 1 [取最接近的整数]
= 22 - 1 = 21

UART行控制寄存器：

该寄存器的位6决定是否使用红外模式，位5、位4和位3决定校验方式，位2决定停止位长度，位1和位0决定每帧的数据位数。具体如下：

ULCONn[7]     保留；

ULCONn[6]     红外线模式，0：正常模式；1：红外线模式；

ULCONn[5：3]  校验模式，0xx：无校验；100：奇校验；101：偶校验；

ULCONn[2]     停止位，0：一个停止位；1：二个停止位；

ULCONn[1：0]  数据位，00：5位；01：6位；10：7位；11：8位。

UART控制寄存器UCONn

该寄存器决定UART的各种模式。

UCONn[10]    1：ULK做波特率发生器；0：PLK做波特率发生器。

UCONn[9]     1：Tx中断电平触发；0：Tx中断脉冲触发。

CONn[8]     1：Rx中断电平触发；0：Rx中断脉冲触发。

UCONn[7]     1：接收超时中断允许；0：接收超时中断禁止。

UCONn[6}     1：产生接收错误中断；0：不产生接收错误中断。

UCONn[5]     l：发送直接传给接收方式(loopback)；0：正常模式。

UCONn[4]     1：发送间断信号；0：正常模式发送。

UCONn[3:2]    发送模式选择：

             00：禁止发送；

             01：中断或查询模式；

             10：DMA0请求(UART0 ) ， DMA3请求(UART2)；

             11：DMAl请求(UART1)。

UCONn[1：0]  接收模式选择。

             00：禁止接收；

             01：中断或查询模式；

             10 ： DMA0请求UART0，DMA2请求UART2；

             11：DMAl请求UART1。

UART FIFO控制寄存器UFCONn

UFCONn[7:6]

     00：Tx FIFO寄存器中有0字节就触发中断；

     01：Tx FIFO寄存器中有4字节就触发中断；

     10：Tx FIFO寄存器中有8字节就触发中断；

     11：Tx FIFO寄存器中有12字节就触发中断。

UFCONn[5:4]

     00：Rx FIFO寄存器中有4字节就触发中断；

     01：Rx FIFO寄存器中有8字节就触发中断；

     10：Rx FIFO寄存器中有12字节就触发中断；

     11：Rx FIFO寄存器中有16字节就触发中断。

UFCONn[3]  保留。

UFCONn[2]  1： FIFO复位清零Tx FIFO；0 ： FIFO复位不清零TxFIFO。

UFCONn[1]  1:  FIFO复位清零Rx FIFO；0：F1FO复位不清零RxFIFO。

UFCONn[0]  1：允许FIFO功能；0：禁止FIFO功能。

UART MODEM控制寄存器UMCONn

UMCONn[7：5]  保留，必须全为0。

UMCONn[4]    1：允许使用AFC模式；0：禁止使用AFC模式。

UMCONn[3]    保留，必须全为0。

UMCONn[0]    1：激活rRTS；0：不激活rRTS。

发送寄存器UTXH和接收寄存器URXH

这两个寄存器存放发送和接收的数据，当然只有1字节(8位数据)。需要注意的是，在发生溢出错误时，接收的数据必须被读出来，否则会引发下次溢出错误。

发送和接收状态寄存器UTRSTATn

UTRSTATn发送和接收状态寄存器包括 UTRSTAT0, UTRSTAT1 and UTRSTAT2

UTRSTATn 寄存器各位定义：

UTRSTATn [2]

1=发送器空

UTRSTATn [1] 发送缓冲器空标志

0 =不空；

1 = 空。

UTRSTATn [0] 接收缓冲器有接收数据标志

0 =空；

1 = 接收缓冲器有数据。