ARM裸机开发：串口通信
一、硬件平台：
正点原子I.MX6U阿尔法开发板
二、原理分析
2.1 UART 介绍
UART 全称是 UniversalAsynchronous Receiver/Trasmitter，异步串行收发器
USART 的全称是 Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，同步/异步串行收发器。相比 UART 多了 一个同步的功能，在硬件上体现出来的就是多了一条时钟线
UART 作为串口的一种，其工作原理也是将数据一位一位的进行传输，发送和接收各用一条线，连接方式如下：
因为 UART 没有时钟线做同步，所以是异步收发器，必须有起止位，其通信位如下：
各位的含义如下：
位 功能
空闲位 数据线在空闲状态的时候为逻辑“1”状态，也就是高电平，表示没有数据线空闲，没有数据传输
起始位 当要传输数据的时候先传输一个逻辑“0”，也就是将数据线拉低，表示开始数据传输
数据位 数据位就是实际要传输的数据，数据位数可选择 5~8 位，我们一般都是按照字节传输数据的，一个字节 8 位，因此数据位通常是 8 位的。低位在前，先传输，高位最后传输
奇偶校验位 这是对数据中“1”的位数进行奇偶校验用的，可以不使用奇偶校验功能
停止位 数据传输完成标志位，停止位的位数可以选择 1 位、1.5 位或 2 位高电平，一般都选择 1 位停止位
波特率 波特率就是 UART 数据传输的速率，也就是每秒传输的数据位数，一般选择 9600、19200、115200 等
每一位的 0 和 1 的硬件层表达就是串口的硬件层协议，目前主流的有 TTL 、RS232、RS485等不同电平的协议
TTL电平：高电平为 1，低电平为 0（低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V）
RS232电平：电平采用负逻辑，逻辑1的电平为-3～-15V，逻辑0的电平为+3～+15V
RS485电平：数据信号采用差分传输方式，接收端和发送端有不同的定义
对于发送器，逻辑1（正）是A>B, AB之间电压差为+2+6V，而逻辑0（负）是A<B，AB之间的电压差为-2-6V.
而对于接收器，则逻辑1（正）则是B>A，BA之间的电压不小于200mV，逻辑0则是A>B，BA之间的电压小于-200mv，即正负逻辑，电压绝对值都大于200mv
此处我们的串口物理层使用的是 TTL 电平
开发板上串口接口如下：
2.2 UART 寄存器
UART 控制寄存器 1
寄存器位 功能
ADBR(bit14)： 自动波特率检测使能位，为 0 的时候关闭自动波特率检测，为 1 的时候使能自动波特率检测。
UARTEN(bit0)： UART 使能位，为 0 的时候关闭 UART，为 1 的时候使能 UART。
UART 的控制寄存器 2
寄存器位 功能
IRTS(bit14)： 为 0 的时候使用 RTS 引脚功能，为 1 的时候忽略 RTS 引脚
PREN(bit8)： 奇偶校验使能位，为 0 的时候关闭奇偶校验，为 1 的时候使能奇偶校验
PROE(bit7)： 奇偶校验模式选择位，开启奇偶校验以后此位如果为 0 的话就使用偶校验，此位为 1 的话就使能奇校验
STOP(bit6)： 停止位数量，为 0 的话 1 位停止位，为 1 的话 2 位停止位。
WS(bit5)： 数据位长度，为 0 的时候选择 7 位数据位，为 1 的时候选择 8 位数据位。
TXEN(bit2)： 发送使能位，为 0 的时候关闭 UART 的发送功能，为 1 的时候打开 UART的发送功能。
RXEN(bit1)： 接收使能位，为 0 的时候关闭 UART 的接收功能，为 1 的时候打开 UART 的接收功能。
SRST(bit0)： 软件复位，为 0 的是时候软件复位 UART，为 1 的时候表示复位完成。复位完成以后此位会自动置 1，表示复位完成。此位只能写 0，写 1 会被忽略掉
UARTx_UCR3 寄存器
就用到了寄存器 UARTx_UCR3 中的位 RXDMUXSEL(bit2)，这个位应该始终为 1
UARTx_USR2 状态寄存器 2
寄存器位 功能
TXDC(bit3)： 发送完成标志位，为 1 的时候表明发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空，也就是发送完成，向 TxFIFO 写入数据此位就会自动清零。
RDR(bit0)： 数据接收标志位，为 1 的时候表明至少接收到一个数据，从寄存器
UARTx_URXD 读取数据接收到的数据以后此位会自动清零
寄存器 UARTx_UFCR 、 UARTx_UBIR 和 UARTx_UBMR
UARTx_UFCR 中我们要用到的是位 RFDIV(bit9:7)，用来设置参考时钟分频：
UART 的波特率计算公式
公式含义如下：
Ref Freq： 经过分频以后进入 UART 的最终时钟频率
UBMR： 寄存器 UARTx_UBMR 中的值
**UBIR： ** 寄存器 UARTx_UBIR 中的值
2.3 UART 使用步骤
设置 UART1 的时钟源
设置 UART 的时钟源为 pll3_80m，设置寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL 位为 0即可。
初始化 UART1
初始化 UART1 所使用 IO，设置 UART1 的寄存器 UART1_UCR1~UART1_UCR3，设置内容包括波特率，奇偶校验、停止位、数据位等等。
使能 UART1
UART1 初始化完成以后就可以使能 UART1 了，设置寄存器 UART1_UCR1 的位 UARTEN为 1。
编写 UART1 数据收发函数
编写两个函数用于 UART1 的数据收发操作
三、程序编写
工程还是在上一章工程基础上进行实现，创建 bsp_uart.c 和 .h 模块文件，这里直接使用正点原子代码
修改 Makefile 文件
CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-
TARGET ?= bsp_uart
CC := $(CROSS_COMPILE)gcc
LD := $(CROSS_COMPILE)ld
OBJCOPY := $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP := $(CROSS_COMPILE)objdump
LIBPATH := -lgcc -L /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4
INCDIRS := imx6ul \
bsp/bsp_clk \
bsp/bsp_led \
bsp/bsp_delay\
bsp/bsp_beep\
bsp/bsp_key\
bsp/bsp_int\
bsp/bsp_exit\
bsp/bsp_gpio\
bsp/bsp_epit\
bsp/bsp_uart
SRCDIRS := project \
bsp/bsp_clk \
bsp/bsp_led \
bsp/bsp_delay\
bsp/bsp_beep\
bsp/bsp_key\
bsp/bsp_int\
bsp/bsp_exit\
bsp/bsp_gpio\
bsp/bsp_epit\
bsp/bsp_uart
INCLUDE := $(patsubst %, -I %, $(INCDIRS))
SFILES := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.S))
CFILES := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.c))
SFILENDIR := $(notdir $(SFILES))
CFILENDIR := $(notdir $(CFILES))
SOBJS := $(patsubst %, obj/%, $(SFILENDIR:.S=.o))
COBJS := $(patsubst %, obj/%, $(CFILENDIR:.c=.o))
OBJS := $(SOBJS) $(COBJS)
VPATH := $(SRCDIRS)
.PHONY: clean
$(TARGET).bin : $(OBJS)
$(LD) -Timx6ul.lds -o $(TARGET).elf $^ $(LIBPATH)
$(OBJCOPY) -O binary -S $(TARGET).elf $@
$(OBJDUMP) -D -m arm $(TARGET).elf > $(TARGET).dis
$(SOBJS) : obj/%.o : %.S
$(CC) -Wall -nostdlib -fno-builtin -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<
$(COBJS) : obj/%.o : %.c
$(CC) -Wall -nostdlib -fno-builtin -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<
clean:
rm -rf $(TARGET).elf $(TARGET).dis $(TARGET).bin $(COBJS) $(SOBJS)
Makefile 文件在链接的时候加入了数学库， 因为在 bsp_uart.c 中有个函数 uart_setbaudrate，在此函数中使用到了除法运算，因此在链接的时候需要将编译器的数学库也链接进来，的变量LIBPATH就是数学库的目录
编译指令处加入了选项“-fno-builtin”，否则编译的时候提示“putc”、“puts” 这两个函数与内建函数冲突
编译通过，下载程序到SD卡
四、实验现象
连接串口，设置波特率 115200
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