嵌入式硬件学习（五）——定时器和UART

一、定时器和PWM定时器

1、什么是定时器

   定时器顾名思义是为了准确获得一个时间而取名，S3C2440A 有 5 个 16 位定时器，其中定时器 0、1、2 和 3 具有脉宽调制（PWM）功能。定时器 4 是一个无输出引脚的内部定时器。定时器 0 还包含用于大电流驱动的死区发生器。S3C2440中有三个时钟分别是FCLK、HCLK和PCLK，分别工作频率是400MHz、100MHz和50MHz，PWM定时器就挂载在PCLK下，如下图所示。
  本次任务为使用定时器4产生一个1s的时间，工作过程为：首先由PCLK时钟频率为50MHz，然后用8位预分频器进行25倍分频为2MHz，然后通过分频器再进行2分频得到最后1MHz信号，周期为1us。然后有TCNTB计数器，配置为1000，该计数器每次就会从1000开始以1us进行递减，递减到0之后会电平翻转，这样就会得到1ms的时间，1000个1ms得到1s。

2、相关寄存器

（1）定时器配制寄存器 0（TCFG0） ：配置预分频值，25分频，按照要求写入为24。

（2）定时器配制寄存器 1（TCFG1） ：配置分频值，2分频。

（3）定时器控制寄存器 1（TCON） ：在这块可以配置是否自动重载，若选择自动重载递减寄存器减到0之后重新回到TCNTB；选择更新TCNTB4，写入之后写1更新再置0；还有启动定时器功能。

（4）定时器 4 计数缓冲寄存器（TCNTB4） ：设置定时器 4 的计数缓冲器的值，本次设为1000，之后如果打开定时器，会采用递减的形式减到0，表示1ms。

（5）定时器 4 计数监视寄存器（TCNTO4） ：读取该寄存器可以看到现在的递减计数器到了多少。

3、如何配置一个定时器

（1）通过定时器中断

   按照下面的代码，首先TCNTB4 装入1000，计数器减到0之后会触发一次中断，中断函数中定义了静态变量n，加static修改的是该函数的生存期，由动态生存期改为静态生存期，函数结束后空间不销毁，每次都会++n，当n到1000之后，led翻转一次，为1s。

void init_delay(void)
{
	TCFG0 |= (24 << 8);			// 预分频为25倍，50M分为2M		
	TCFG1 &= ~(0x0F << 16);		// 分频为2倍，2M分为1M

	TCNTB4 = 1000; 				// 初始化
	TCON |= (1 << 22);			// 自动重载模式
	TCON |= (1 << 21);	  		// 手动更新
	TCON &= ~(1 << 21);
	
	enable_irq(IRQ_TIMER4);	

	TCON |= (1 << 20);	   		 // 启动定时器

	register_iqr(IRQ_TIMER4, timer4_handler);
}
void timer4_handler(void)
{
	static unsigned int n = 0;
	++n;
	if(n > 1000)
	{
		 ledAllNor();
		 n = 0;
	}
}

（2）非中断模式

   上述方法代码简单，但会遇到一个问题：每次都要使用不同的时间，这样每次都需要修改init_delay函数中的TCNTB4，使用不变，如何可以通过一个函数传参的操作完成该项功能。

  该方法使用不产生中断，监视定时器，具体思想为：首先该定时器是16为定时器，最大值为0xFFFF，让这个定时器一直递减，递减到0之后向下溢出返回0xFFFF，然后如果要延时一段时间，假如为num，该延时函数首先使用定时器计数监视寄存器（TCNTO4）看看现在是几（old_counter) ，然后死循环一直去看现在的值是多少（new_counter），因为是递减计数器，所以new_counter要小于old_counter，同时采用一个counter变量去累加（old_counter-new_counter）。等到counter >= num后跳出循环，会得到一个精确延时。如果遇到溢出，那么new_counter会大于old_counter，那么counter += old_counter + 0xffff - new_counter。

void udelay(unsigned short num)
{
	unsigned int counter, old_counter, new_counter;
	counter = 0;
	old_counter = TCNTO4;			// 将旧cnt赋值
	while(1)
	{
		new_counter = TCNTO4;	  	// 把new_cnt赋值
		if(new_counter != old_counter)
		{
			if(new_counter < old_counter)
			{
				counter += old_counter - new_counter;
			}
			else
			{
				counter += old_counter + 0xffff - new_counter;
			}
			old_counter = new_counter;
			if(counter >= num)
			{
				break;
			}
		}	
	}
}
void mdelay(unsigned int num)
{
	while(num--)
	{
		udelay(1000);
	}
}

4、配置PWM定时器

  定时器 0 比较缓冲寄存器（TCMPB0） ：相比定时器多了一个比较寄存器，设置定时器 0 的比较缓冲器的值，用来设置占空比。

三、UART

1、串口通信基本概念

  嵌入式系统中的通信是指两个或两个以上的主机之间的数据互交，这里的主机可以是计算机也可以是嵌入式主机，甚至可以是芯片。主机间通信的方式一般可以分为两类：并行通信和串行通信。
（1）并行通信是指多个比特同时通过并行线进行传输，这种方式的传输速率较高，但会占用大量的芯片资源；
（2）串行通信是指将数据拆分成一个个比特，按照先后次序在一根总线上进行发送，串行通信有着系统占用资源少，结构简单等优点，是主机间通信的常用方式。根据工作方式可以分为：单工、半双工和全双工模式。

2、UART介绍

  串口通信(Serial Port)是串行通信的一种，属于串行通信中的异步通信。我们经常听到的RS232、RS485、RS422都是串行通信。作为常用的串行通信方式，以TTL为例，串口通信在不同主机之间的数据格式为：

1. 空闲时数据线为高电平；
2. 发送发发送一个低电平表示起始位；
3. 发送的第一个比特是最低为(最右边);
4. 校验位分为奇校验，偶校验和无校验。奇偶校验时数据位1的格式为奇数或者偶数时对应的奇偶校验位为1；
5. 为保证下一个字节发送前的起始位能够表现出来，校验位之后发送一个停止位1。

  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。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，如下图所示。本次使用的是UART0。

3、相关寄存器配置

  本次实验使用UART0实现数据收发，使用非FIFO模式，采用非中断发送，中断接收的形式。

（1）线路控制寄存器0（ULCON0） ：配置发送数据长度、奇偶校验模式和停止位数。

（2）控制寄存器0（UCON0） ：配置时钟、中断选择类型、发送和接收选用的模式。

（3）状态寄存器0（UTRSTAT0） ：判断发送寄存器和接受寄存器中值是否为空。

（4）发送缓冲寄存器0（UTXH0） ：发送寄存器中写入需要发送的值。

（5）接收缓冲寄存器0（URXH0） ：接收寄存器中读出需要接收的值。

（6）波特率配制寄存器 0（UBRDIV0） ：配置为9600，得到的值为325。

4、相关代码

char buffer[128];  				// 接收返回的数据
unsigned int pos;				// 判断返回了多少字节

void uart0_handler(void)		// 接收中段服务函数
{
	if(SUBSRCPND & (1 <<0))		//子中断如果是UART0中的接收中断
	{
		buffer[pos++] = URXH0;	// 将接受到的值写入buffer中
	}
	SUBSRCPND = SUBSRCPND;
}

void init_uart0(void)
{
	unsigned int t; 
	GPHCON &= ~(0x0f << 4);	 	// 配置GPIO端口为uart0
	GPHCON |= (10 << 4);
   	
	t =	ULCON0;
	t &= ~(0x1f << 2);			// 普通模式、无奇偶校验、每帧一个停止位
	t |= (3 << 0);				// 每帧发送8bits
	ULCON0 = t;

	t =  UCON0;
	t &= ~((3 << 10)|(3 << 8)|(0x0f << 4));		// PCLK和Rx接收到数据发出中断请求
	t &= (0x0f << 0);
	t |= (5 << 0);				// 发送模式和接收模式设为中断或者轮训	
	UCON0 = t;
	UBRDIV0 = 325; 				// 波特率设置为9600	
	
	enable_irq(INT_UART0);
	INTSUBMSK  &= ~(1 << 0);	// uart0接收次中断源设置为取消屏蔽	
	register_irq(INT_UART0, uart0_handler);
		
	pos = 0;	
}

void uart0_send_char(unsigned char ch) 		// 发送单个字节
{
	UTXH0 = ch;
	while((UTRSTAT0 & (1 << 2)) == 0);	  	// 这个字节发完没
}

void send_buffer(const char *p, unsigned int len)	 // 发送多个字节
{
	unsigned int i;
	for(i = 0; i < len; ++i)
	{
		uart0_send_char(*p++);	
	}
}

5、Modbus通信协议

Modbus 数据帧由以下几个部分组成：

• 起始码（Start Bit）： 标志数据帧的开始。在串行通信中通常是静默的时间间隔。
• 地址码（Address Field）： 用于指定目标设备的唯一地址。
• 功能码（Function Code）： 定义请求的操作类型。
• 数据区（Data Field）： 包含具体的操作参数或返回的数据信息，例如寄存器地址、数据值等。
• 校验码（CRC/LRC）： 用于检测传输数据是否存在错误，保证通信的可靠性。
• 结束码（Stop Bit）： 标志数据帧结束。