UART协议详解（工作原理+上板测试）

1、简介

        UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）也称作通用异步收发器，是一种广泛应用于嵌入式领域的串行、异步、全双工通信协议。UART的应用场景非常广泛，比如上位机和下位机之间的通信、外接各种模块，比如GPS或者蓝牙模块等等。UART作为串行通信，利用一条传输线将数据按bit进行顺序传送，特点是通信线路简单，利用简单的线缆就可以实现通信，降低成本，适用于远距离通信，但传输速度较慢的场合。

2、连接方式

        UART通道有两条数据线。设备的每个通道上都有一个RX引脚和一个TX引脚（RX用于接收数据，TX用于发送数据）。一个设备通道的RX引脚要和另一个设备通道的TX引脚相连接，即一个收一个发。

        可以注意到，UART作为异步通信总线，是没有时钟线的。它是通过通信的两个设备预先设置相同的数据格式，包括起始位 、数据校验位、结束位等，以及相同的波特率，来完成一次数据的接收\发送（即遵循相同的传输协议）。当总线空闲时，总线上为高电平，当要发送数据时，总线电平将由高变低，以此表示数据发送即将到来。

3、数据格式

         UART传输的数据被封装成数据包，每个数据包 包含一个起始位，5-8个数据位（取决于UART的具体设置），一个可选的奇偶校验位以及1个停止位或2个停止位。

• 起始位：UART数据传输线在空闲状态时保持高电平。当master先发出一个逻辑“0”信号时，表示数据传输的开始。
• 数据位 ：可以选择的值有5，6，7，8这四个值，可以传输这么多个值为0或1的bit位 ，一般传8位。
• 校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有三种设置方式：奇偶校验位、固定校验位、无校验位。

  奇偶校验位：串口会设置校验位，用一个值来确保传输的数据有偶数个或奇数个1。简单来说，奇校验会保证一个数据包中所有1的个数为奇数。偶校验会保证一个数据包中所有1的个数为偶数。（例如，如果数据是111，那么对于偶校验，校验位就为1，保证1的个数为偶数个，即4个。    对于奇校验，校验位就为0，保证1的个数为奇数个，即3个。）

  固定校验位：串口简单设置校验位，校验位始终为1或者0，无检错作用。可以用于判断是否有噪声干扰以及数据传输是否不同步。

  无校验位：不设置校验位。

•  停止位：字符数据结束的标记。由于数据在传输线上是定时的，并且每个设备都有自己的时钟，所以在通信时两个设备之间很可能会出现小的不同步。因此停止位不仅表示传输的结束，而且还为计算机提供了纠正时钟的机会。停止位越多，数据传输越稳定，但传输速度也越慢。

4、波特率

        波特率是指一个设备在单位时间内发送或接收了多少码元的数据（在这里一个码元包含一个bit），是对符号传输的一种度量。表示单位时间内传输符号的个数(传符号率)。说白了，波特率是串口数据的传输速度，即Bit/s，常见的波特率有：9600，19200，38400，57600，115200。假设目前UART的配置为，1个起始位，8个数据位，0个校验位，1个停止位，那么9600的波特率，可以计算出每一位数据的时间宽度为104us，那么传输一个数据包(也就是10 bit 数据)需要的时间为 1.04 毫秒。

5、code

        测试代码基于linux操作系统，开发板为 Bananapi-r2-pro。