2019年08月30日 | S5PV210开发 -- 串口驱动开发

上篇文章讲的 UART，更多的是硬件相关的知识。接下来进入正题了，串口驱动开发。

一、阅读原理图

我们用的是 UART2 串口，则接收管脚 XuRXD2 复用 GPA1_0，发送管脚 XuTXD2 复用 GPA1_1

二、S5PV210 UART

（1）通用异步接收器和发送器的概述  （p-853）

S5PV210中的通用异步接收器和发送器（UART）提供四个独立的异步和串行输入/输出（I / O）端口。所有端口都以基于中断或基于DMA的方式运行模式。 UART产生一个中断或DMA请求来传送数据到CPU和UART。

UART支持高达3Mbps的比特率。每个UART通道包含两个FIFO来接收和传输数据：

ch0中的256个字节，ch1中的64个字节以及ch2和ch3中的16个字节。

UART包括可编程波特率，红外（IR）发送器/接收器，一个或两个停止位插入，5位，6位，7位或8位数据宽度和奇偶校验。每个UART包含一个波特率发生器，一个发送器，一个接收器和一个控制单元，如图1-1所示。

波特率发生器使用PCLK或SCLK_UART。发送器和接收器包含FIFO和数据移。要发送的数据被写入Tx FIFO，并被复制到发送移位器。数据是由发送数据引脚（TxDn）移出。接收到的数据从接收数据引脚（RxDn）移位，从移位器复制到Rx FIFO。

（2）通用异步接收器和发送器的关键特性

基于DMA或基于中断的操作的RxD0，TxD0，RxD1，TxD1，RxD2，TxD2，RxD3和TxD3

带有IrDA 1.0的UART Ch 0,1,2和3

具有256字节FIFO的UART Ch 0，具有64字节FIFO的Ch 1，具有16字节FIFO的Ch2和3

用于自动流量控制的UART Ch 0,1和2与nRTS0，nCTS0，nRTS1，nCTS1，nCTS2和nRTS2

支持握手发送/接收。

（3）UART描述

以下各节将介绍UART操作，如数据传输，数据接收，中断生成，波特率生成，环回模式，红外模式和自动流量控制。

《1》数据发送

传输的数据帧是可编程的。 它由一个起始位，五到八个数据位，一个可选的奇偶校验组成位和由行控制寄存器（ULCONn）指定的一到两个停止位。 变送器也可以产生一个强制串行输出为逻辑0状态一个帧传输时间的中断条件。 这个块传送当前发送字之后的中断信号被完全发送。 中断信号后传输时，发送器不断向Tx FIFO发送数据（Tx保持寄存器，如果是非FIFO模式）

《2》数据接收

与数据发送类似，用于接收的数据帧也是可编程的。 它由一个5位的起始位组成8个数据位，一个可选的奇偶校验位以及线路控制寄存器（ULCONn）中的一到两个停止位。 收件人检测溢出错误，奇偶校验错误，帧错误和中断情况，每个错误标志都会设置一个错误标志。

    溢出错误（Overrun error）表示新数据在旧数据读取之前覆盖旧数据。

    奇偶校验错误（Parity error）表示接收器检测到意外的奇偶校验条件。

    帧错误（Frame error）表示接收到的数据没有有效的停止位。

    中断条件（Break condition）表示RxDn输入保持逻辑0状态，以进行多个帧传输时间。

如果在3个字的时间内没有收到任何数据，则会发生接收超时情况（此时间间隔符合设置字长度位），FIFO模式下Rx FIFO不为空。

后面内容有点多...  就不一一翻译了。想了解更多，自己看。

三、UART 相关配置

（1）配置串口管脚

上面提到了，S5PV210 中的通用异步接收器和发送器（UART）提供四个独立的异步和串行输入/输出（I / O）端口。根据原理图可以看出，我们用的是 UART2 串口，则接收管脚 XuRXD2 复用 GPA1_0，发送管脚 XuTXD2 复用 GPA1_1

查看GPA1寄存器（p-135）

端口组GPA1控制寄存器有六个控制寄存器，分别是GPA1CON，GPA1DAT，GPA1PUD，GPA1DRV，GPA1CONPDN和端口组GPA1控制寄存器中的GPA1PUDPDN。

《1》GPA1CON 寄存器  （配置寄存器） 将其配置成UART2收/发模式

GPA1CON, R/W, Address = 0xE020_0020

GPA1CON[1] [7:4] 0100 = UART_AUDIO_TXD

GPA1CON[0] [3:0] 0100 = UART_AUDIO_RXD

设置：

GPA1CON 地址为 0xE020_0020，然后要将 GPA1CON[7:0] 进行位操作，使其变为0010 0010，即UART2收发模式。

位操作方法，参看：C语言再学习 -- 位操作

    GPA1CON &= ~(0xff<<0);  //清空bit 0-7

    GPA1CON |= 0x22;  //设置 0010 0010  接受 发送

《2》GPA1PUD 寄存器（上下拉电阻控制寄存器 ）

GPA1PUD, R/W, Address = 0xE020_0028

GPA1PUD[n] [2n+1:2n] 00 = Pull-up/ down disabled

设置：

GPA1PUD 地址为 0xE020_0028，我们不需要上下拉，因此： 

GPA1PUD [1:0]  00 = Pull-up/ down disabled

GPA1PUD [3:2]  00 = Pull-up/ down disabled

位操作方法：

    GPA1PUD &= ~(0x0f<<0);//0000 禁止上拉下拉

（2）配置串口寄存器

在 p-864 有一个 REGISTER MAP，可以看一下。太长了只粘贴一部分。

S5PV10 UART 相关寄存器有如下几个，下面我们会一一讲解的：

《1》UART 行控制器 ULCONn 

UART模块中有四个UART行控制寄存器，分别是ULCON0，ULCON1，ULCON2和ULCON3

我们用的是 UART2，所以使用 

ULCON2, R/W, Address = 0xE290_0800

设置：

ULCON2 地址为 0xE290_0800

数据位宽度为 8bit，停止位 1位，无校验位，正常模式。

即设置数据格式寄存器 ULCON2 = 000 0011 = 0x03   

位操作方法：

ULCON2 = 0x03;

《2》UART 模式控制寄存器 UCONn

UART模块中有四个UART控制寄存器，分别是UCON0，UCON1，UCON2和UCON3

我们用的是 UART2，所以使用 

UCON2, R/W, Address = 0xE290_0804

设置：

UCON2 地址为 0xE290_0804

接收模式选择轮询，发送模式也选择轮询，正常发送暂停信号，回环模式为正常，时钟源选择 PCLK

即模式控制寄存器 UCON2 = 00 0101 = 0x05；

位操作方法：

UCON2 = 0x05;

需要知道的小知识点：

在收发模式里有中断、轮询、DMA这些有什么区别呢?

参看：后续补充！！

再者，时钟源选择里有 PCLK、SCLK_UART 这又是什么呢？

参看：后续补充！！

《3》UART FIFO 控制寄存器UFCONn

UART模块中有四个UART FIFO控制寄存器，分别是UFCON0，UFCON1，UFCON2和UFCON3

我们用的是 UART2，所以使用 

UFCON2, R/W, Address = 0xE290_0808

设置：

UFCON2 地址为 0xE290_0808

禁止 FIFO，即FIFO 控制寄存器 UFCON2 = 0x00;

位操作方法：

UFC0N2 = 0X00;

《4》UART 收/发 状态寄存器 UTRSTATn

UART模块中有四个UART Tx / Rx状态寄存器，分别是UTRSTAT0，UTRSTAT1，UTRSTAT2和UTRSTAT3

我们用的是 UART2，所以使用 

UTRSTAT2, R, Address = 0xE290_0810

设置：

UTRSTAT2 地址为 0xE290_0810 

接收缓冲区数据准备好，缓冲区为空；发送缓冲区寄存器为空。即 UTRSTAT2 = 10 = 0x02;

只有收发缓冲区为空，才能进行收发。所以首先要先判断 UART 收/发 状态寄存器 UTRSTATn

位操作方法：

UTRSTAT2 = 0x02;

《5》UART 发送缓冲寄存器（保持寄存器和FIFO寄存器）UTXHn

UART模块有四个UART发送缓冲寄存器，分别是UTXH0，UTXH1，UTXH2和UTXH3。

UTXHn包含传输数据的8位数据。

我们用的是 UART2，所以使用 

UTXH2, W, Address = 0xE290_0820

设置：

UTXH2 地址为 0xE290_0820

比如发送的数据：55，则 UTXH2 = 0101 0101 = 0x55;

发送移位器：发送缓冲寄存器中的数据并不是直接传送到输出管脚TXD2（GPA1_1）,还必须先送到发送移位器（Transmit shifter）,然后再由Transmit shifter通过移位操作，将数据一位一位的发送到TXD2管脚上。

《6》UART接收缓冲寄存器（保持寄存器和FIFO寄存器）URXHn

UART模块中有四个UART接收缓冲寄存器，分别是URXH0，URXH1，URXH2和URXH3。

URXHn包含接收数据的8位数据。

我们用的是 UART2，所以使用 

URXH2, R, Address = 0xE290_0824

设置：

URXH2 地址为 0xE290_0824

比如接收到的数据：55，则 URXH2 = 0101 0101 = 0x55;

接收移位器：从接收管脚RXD2上接收来的数据并不是直接放到接收缓冲寄存器，而是先一位一位的放到接收移位器中，当收满一个字节后，再放到接收缓冲寄存器中。

《7》UART 通道波特率分频寄存器 UBRDIVn

UART模块中有四个UART通道波特率分频寄存器，分别是UBRDIV0，UBRDIV1，UBRDIV2和UBRDIV3。

我们用的是 UART2，所以使用 

UBRDIV2, R/W, Address = 0xE290_0828

注意：当UART时钟源是PCLK时，UBRDIVn必须大于比0（UBRDIVn> 0），如果UBRDIV的值为0，则UART波特率不受UDIVSLOT值的影响。

设置：

UBRDIV2 地址为 0xE290_0828

《8》UART通道分割插槽寄存器 UDIVSLOTn

UART模块中有四个UART通道波特率分频寄存器，分别是UDIVSLOT0，UDIVSLOT1，UDIVSLOT2和UDIVSLOT3。

我们用的是 UART2，所以使用 

UDIVSLOT2, R/W, Address = 0xE290_082C

================================================

需要知道的小知识点：

波特率，在UART里面是一个很重要的概念。

参看：串口通信 -- 百度百科

数据传输率

数据传输率是指单位时间内传输的信息量，可用比特率和波特率来表示。

⑴比特率：比特率是指每秒传输的二进制位数，用bps（bit/s)表示。

⑵波特率：波特率是指每秒传输的符号数，若每个符号所含的信息量为1比特，则波特率等于比特率。在计算机中，一个符号的含义为高低电平，它们分别代表逻辑“1”和逻辑“0”，所以每个符号所含的信息量刚好为1比特，因此在计算机通信中，常将比特率称为波特率，即：

1波特（B）= 1比特（bit）= 1位/秒（1bps） 例如:电传打字机最快传输率为每秒10个字符/秒，每个字符包含11个二进制位,则数据传输率为:10Baud。11位/字符×10个字符/秒=110位/秒=110bps。计算机中常用的波特率是：110、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、28800、33600，目前最高可达56Kbps.

⑶位时间Td

位时间是指传送一个二进制位所需时间，用Td 表示。Td = 1/波特率 = 1/B

例如：B=110波特/秒 ， 则Td = 1/110 ≈ 0.0091s

发送时钟和接收时钟

在串行通信中，二进制数据以数字信号的信号形式出现,不论是发送还是接收，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。在TTL标准表示的二进制数中，传输线上高电平表示二进制1，低电平表示二进制0，且每一位持续时间是固定的，由发送时钟和接收时钟的频率决定。

⑴ 发送时钟

发送数据时，先将要发送的数据送入移位寄存器，然后在发送时钟的控制下，将该并行数据逐位移位输出。通常是在发送时钟的下降沿将移位寄存器中的数据串行输出，每个数据位的时间间隔由发送时钟的周期来划分。

⑵ 接收时钟

在接收串行数据时，接收时钟的上升沿对接收数据采样，进行数据位检测，并将其移入接收器的移位寄存器中，最后组成并行数据输出。

⑶ 波特率因子

接收时钟和发送时钟与波特率有如下关系：F = n × B 这里F 是发送时钟或接收时钟的频率; B 是数据传输的波特率； n 称为波特率因子。设发送或接收时钟的周期为Tc，频率为F的位传输时间为Td，则： Tc = 1/F , Td = 1/B 得到： Tc = Td /n 在实际串行通信中，波特率因子可以设定。在异步传送时，n = 1，16，64，实际常采用n = 16，即发送或接收时钟的频率要比数据传送的波特率高n倍。在同步通信时，波特率因子n必须等于1。

================================================

UART波特率配置：

UART模块中有四个UART波特率除数寄存器，分别是UBRDIV0，UBRDIV1，UBRDIV2和UBRDIV3。

存储在波特率除数寄存器（UBRDIVn）中的值：

DIV_VAL = UBRDIVn + (num of 1's in UDIVSLOTn)/16

PLCK：DIV_VAL = (PCLK / (bps x 16)) 

或者

SLCK_UART：DIV_VAL = (SCLK_UART / (bps x 16)) 

简单来说：

内部系统时钟源   PCLK

外部时钟源          SCLK_UART

其中，除数应该是从1到（216-1）。

使用 UDIVSLOT，可以更准确地生成波特率。

例如，如果波特率是 115200 bps，SCLK_UART 是 40 MHz，则 UBRDIVn 和 UDIVSLOTn 是：

DIV_VAL = (40000000 / (115200 x 16)) -1

= 21.7 -1

= 20.7

UBRDIVn = 20（DIV_VAL的整数部分）

（UDIVSLOTn中1的个数）/ 16 = 0.7  （21.7 小数点后为 0.7）

那么（UDIVSLOTn中的1的个数）= 11 （取整数部分）

所以，UDIVSLOTn 可以是16'b   1110_1110_1110_1010或 16'b 0111_0111_0111_0101 等

建议按照下表所述选择UDIVSLOTn，即 UDIVSLOTn = 0xDDD5 

回到我们自己的开发板上来：

我们在 《2》UART 模式控制寄存器 UCONn 中有提到 PCLK、SCLK_UART，其中的我们选择的是 PCLK。

 PCLK：DIV_VAL1) = (PCLK / (bps x 16) ) 

=============================================

其中 PCLK 的值是怎么得到的呢？

查看芯片手册 CLOCK DOMAINS （p-353） 

S5PV210由三个时钟域组成，即主系统（MSYS），显示系统（DSYS）和外设系统（PSYS），如图3-1所示。

•MSYS域包括Cortex A8处理器，DRAM内存控制器（DMC0和DMC1），3D内部SRAM（IRAM和IROM），INTC和配置接口（SPERI）。 Cortex A8仅支持同步模式，因此它必须与200MHz AXI总线同步运行。

•DSYS域包含显示相关模块，包括FIMC，FIMD，JPEG和多媒体IP（所有其他模块）在X，L和T块中提到的IP），如图3-1所示。

•PSYS域用于安全性，I / O外围设备和低功耗音频播放。

•每个总线系统分别工作在200 MHz（最大），166 MHz和133 MHz。 有异步总线桥（BRG）在两个不同的域之间。

在这里，得出 PCLK_PSYS 为 66 MHz。

=============================================

如果波特率是 115200 bps，PCLK 是 66 MHz，则 UBRDIV2 和 UDIVSLOT2 是：

DIV_VAL = (66000000 / (115200 x 16)) -1

= 35.8 -1

= 34

UBRDIV2 = 34（DIV_VAL的整数部分）

（UDIVSLOTn中1的个数）/ 16 = 0.8  （35.8  小数点后为 0.8）

那么（UDIVSLOTn中的1的个数）= 13  （四舍五入）

按照上表所述选择UDIVSLOT2，即 UDIVSLOT2 = 0xDFDD

（3）总结

《1》GPA1CON 寄存器  （配置寄存器） 将其配置成UART2收/发模式

GPA1CON 地址为 0xE020_0020

GPA1CON &= ~(0xff<<0);    //清空bit 0-7

GPA1CON |= 0x22;    //设置 0010 0010  接受 发送

《2》GPA1PUD 寄存器（上下拉电阻控制寄存器 ）

GPA1PUD 地址为 0xE020_0028

GPA1PUD &= ~(0x0f<<0);  //0000 禁止上拉下拉

《3》UART 行控制器 ULCONn （数据位宽度为 8bit，停止位 1位，无校验位，正常模式）

ULCON2 地址为 0xE290_0800

ULCON2 = 0x03;

《4》UART 模式控制寄存器 UCONn（接收/发送模式选择轮询，正常发送暂停信号，回环模式为正常，时钟源选择 PCLK）

UCON2 地址为 0xE290_0804

UCON2 = 0x05;

《5》UART FIFO 控制寄存器UFCONn（禁止 FIFO）

UFCON2 地址为 0xE290_0808

UFC0N2 = 0X00;

《6》UART 收/发 状态寄存器 UTRSTATn（接收缓冲区数据准备好，缓冲区为空；发送缓冲区寄存器为空）

UTRSTAT2 地址为 0xE290_0810 

UTRSTAT2 = 0x02;

《7》UART 发送缓冲寄存器（保持寄存器和FIFO寄存器）UTXHn

UTXH2 地址为 0xE290_0820

char c = 'A';

UTXH2 = C;

《8》UART接收缓冲寄存器（保持寄存器和FIFO寄存器）URXHn

URXH2 地址为 0xE290_0824

char d;

d = URXH2 & 0xFF;

《9》UART 通道波特率分频寄存器 UBRDIVn（设置波特率为 115200）

UBRDIV2 地址为 0xE290_0828

UBRDIV2 = 34;

《10》UART通道分割插槽寄存器 UDIVSLOTn

UDIVSLOT2 地址为 0xE290_082C

UDIVSLOT2 = 0xDFDD;

四、编写驱动程序

此处用到关键字 volatile，参看：C语言再学习 -- 关键字volatile

和预处理器 #define，参看：C语言再学习 -- C 预处理器

对比：S5PV210开发 -- GPIO

（1）头文件 uart.h

#ifndef __UART_H__

#define __UART_H__

#define GPA1CON *((volatile unsigned int *)0xE0200020)

#define GPA1PUD *((volatile unsigned int *)0xE0200028)

#define ULCON2 *((volatile unsigned int *)0xE2900800)

#define UCON2 *((volatile unsigned int *)0xE2900804)

#define UFCON2 *((volatile unsigned int *)0xE2900808)

#define UTRSTAT2 *((volatile unsigned int *)0xE2900810)

#define UTXH2 *((volatile unsigned int *)0xE2900820)

#define URXH2 *((volatile unsigned int *)0xE2900824)

#define UBRDIV2 *((volatile unsigned int *)0xE2900828)

#define UDIVSLOT2 *((volatile unsigned int *)0xE290082C)

#define PCLK 66000000//66MHz

extern void uart0_init(void);

extern void uart_test(void);

extern void uart_putc(char );

extern void uart_puts(char *);

extern char uart_getc(void);

extern void uart_gets(char *, int);

#endif

（2）uart.c

#include "uart.h"

void uart2_init(void)

{

/*配置GPA1_0 GPA1_1管脚为uart功能*/

        //配置串口管脚

GPA1CON &= ~(0xff<<0);

GPA1CON |= 0x22;

        //禁止两个管脚内部上拉下拉电阻

GPA1PUD &= ~(0x0f<<0);

//配置串口寄存器

/*8N1 115200 轮询*/

ULCON2 = 0x03;

UCON2 = 0x05;

UFCON2 = 0x00;

UBRDIV2 = PCLK/(115200*16) - 1;

/*reference P879*/

UDIVSLOT2 = 0xDFDD;

}

void uart_putc(char c)

{

/*判断UTXH2中是否为空

* UTRSTAT2 bit2 1，空

                 0，非空

*/

while(!(UTRSTAT2 & 0x02)) ;

UTXH2 = c;

if(c == 'n')

{

uart_putc('r');

}

}

void uart_puts(char *s)

{

while(*s)