2019年10月16日 | 嵌入式s3c2410A UART部分中文解释

异步串口通信

概述

S3C2410的UART提供3个独立的异步串行通信端口，每个端口可以基于中断或者DMA进行操作。换句话说，UART控制器可以在CPU和UART之间产生一个中断或者DMA请求来传输数据。UART在系统时钟下运行可支持高达230.4K的波特率，如果使用外部设备提供的UEXTCLK，UART的速度还可以更高。每个UART通道各含有两个16位的接收和发送FIFO。

S3C2410的UART包括可编程的波特率，红外 接收/发送，一个或两个停止位插入，5-8位数据宽度和奇偶校验。

每个UART包括一个波特率发生器、一个发送器、一个接收器和一个控制单元，如图11-1所示。波特率发生器的输入可以是PCLK或者UEXTCLK。发送器和接收器包含16位的FIFO和移位寄存器，数据被送入FIFO，然后被复制到发送移位寄存器准备发送，然后数据按位从发送数据引脚TxDn输出。同时，接收数据从接收数据引脚RxDn按位移入接收移位寄存器，并复制到FIFO。

特性

• RxD0, TxD0, RxD1, TxD1, RxD2, 和TxD2基于中断或者DMA操作

• UART Ch 0, 1, 和 2 具有 IrDA 1.0 & 16 字节 FIFO

• UART Ch 0 和 1 具有 nRTS0, nCTS0, nRTS1, 和 nCTS1

• 支持发生/接收握手
  

图11-1              UART方框图

串口操作

下述部分描述了UART的一些操作，包括数据发送、数据接收、中断产生、波特率发生、loop-back模式、红外模式和自动流控制。

数据发送

发送数据的帧结构是可编程的，它由1个起始位、5-8个数据位、1个可选的奇偶位和1-2个停止位组成，这些可以在线控制寄存器ULCONn中设定。接收器可以产生一个断点条件——使串行输出保持1帧发送时间的逻辑0状态。当前发送字被完全发送出去后，这个断点信号随后发送。断点信号发送之后，继续发送数据到Tx FIFO(如果没有FIFO则发送到Tx保持寄存器)。

数据接收

与数据发送一样，接收数据的帧格式也是可编程的。它由1个起始位、5-8个数据位、1个可选的奇偶位和1-2个停止位组成，这些可以在线控制寄存器ULCONn中设定。接收器可以探测到溢出错误和帧错误。

• 溢出错误：在旧数据被读出来之前新的数据覆盖了旧的数据

• 帧错误：    接收数据没有有效的停止位
  

当在3个字时间（与字长度位的设置有关）内没有接收到任何数据并且Rx FIFO非空时，将会产生一个接收超时条件。

自动流控制(AFC)

UART0和UART1通过nRTS and nCTS信号支持自动流控制，例如连接到外部UART时。如果用户希望将UART连接到一个MODEM，可以在UMCONn寄存器中禁止自动流控位，并且通过软件控制nRTS信号。

在AFC时， nRTS 由接收器的状态决定，而nCTS信号控制发送器的操作。只有当nCTS信号有效的时候(在AFC时，nCTS意味着其它UART的FIFO准备接收数据)UART发送器才会发送FIFO中的数据。在UART接收数据之前，当它的接收FIFO多于2字节的剩余空间时nRTS必须有效，当它的接收FIFO少于1字节的剩余空间时nRTS必须无效（nRTS意味着它自己的接收FIFO开始准备接收数据）。

图11-2              UART AFC接口

注：UART2不支持AFC功能，因为S3C2410没有nRTS2 和 nCTS2。

无AFC的例子

通过FIFO操作Rx

• 选择接收模式（中断还是DMA模式）。

• 检查UFSTATn寄存器中Rx FIFO的值。如果值小于15，用户必须将UMCONn[0]置1(nRTS生效)，如果大于等于15，用户必须将UMCONn[0]清0(nRTS无效)。

• 重复第2步。
  

通过FIFO操作Tx

• 选择发送模式（中断还是DMA模式）。

• 检查UMCONn[0]的值，如果为1，写数据到Tx FIFO
  

RS-232C接口

如果希望将UART连接到MODEM，nRTS, nCTS, nDSR, nDTR, DCD 和nRI信号是必须的。这种情况下用户可以通过GPIO控制这些信号因为AFC不支持RS-232C接口。

中断/DMA请求的产生

每个UART有5个状态(Tx/Rx/Error)信号：溢出错误、帧错误、接收缓冲满、发送缓冲空和发送移位寄存器空。这些状态体现在UART状态寄存器中的相关位(UTRSTATn/UERSTATn)。

溢出错误和帧错误与接收错误状态相关，每个错误可以产生一个接收错误状态中断请求，如果控制寄存器UCONn中的receive-error-status-interrupt-enable位被置1的话。如果探测到一个receive-error-status-interrupt-enable位，通过读UERSTSTn的值可以识别这一中断请求。

控制寄存器UCONn的接收器模式为1(中断或者循环检测模式)：当接收器在FIFO模式下将一个数据从接收移位寄存器写入FIFO时，如果接收到的数据到达了Rx FIFO的触发条件，Rx中断就产生了。在无FIFO模式下，每次接收器将数据从移位寄存器写入接收保持寄存器都将产生一个RX中断请求。

如果控制寄存器的接收和发送模式选择为DMAn请求模式，在上面的情况下则是DMAn请求发生而不是RX/Tx中断请求产生。

UART错误状态FIFO

UART除了Rx FIFO外还有错误状态FIFO。错误状态FIFO指示接收到的哪个数据有错误。只有当有错误的数据准备读出的时候才会产生错误中断。要清除错误状态FIFO，URXHn和UERSTATn必须被读出。

例如：假设UART Rx FIFO顺序接收到ABCD4个字符，在接收B的时候发生了帧错误。事实上UART接收错误并未产生任务错误中断，因为错误的数据B还没有被读出，只有当读B字符的时候才会发生错误中断。图11-3描述了这一例子。

波特率发生器

每个UART的波特率发生器提供串行时钟给接收器和发送器。波特率发生器的时钟源可以选择呢不系统时钟或者UEXTCLK。换句话说，通过设置UCONn的时钟选择被除数是可选的。波特率时钟通过对时钟源(PCLK OR UEXTCLK)进行16分频，然后进行一个16位的除数分频得到，这个分频数由波特率除数寄存器UBRDIVn指定。UBRDIVn可由下式得出：

UBRDIVn = (int)(PCLK/(bps * 16) ) -1

此除数应该在1-(2的16方-1)之间。

为了UART的精确性，S3C2410还支持UEXTCLK作为被除数。

如果使用UEXTCLK（由外部UART设备或者系统提供），串行时钟能够精确地和UEXTCLK同步，因此用户可以得到更精确的UART操作，UBRDIVn由下式决定：                            UBRDIVn = (int)(UEXTCLK / (bps x 16) ) –1

此除数应该在1-(2的16方-1)之间，且UEXTCLK要比PCLK低。

例如，如果波特率为115200bps，而PCLK或者UEXTCLK为40MHz，则UBRDIVn为：

UBRDIVn              = (int)(40000000/(115200 x 16)) -1

= (int)(21.7) -1

= 21 -1 = 20

波特率错误容差

UART的帧错误应该少于1.87%(3/160)。

UART Frame error should be less than 1.87%(3/160).

tUPCLK = (UBRDIVn + 1) x 16 x 1Frame / PCLK               tUPCLK : Real UART Clock

tUEXACT = 1Frame / baud-rate                                           tUEXACT : Ideal UART Clock

UART error = (tUPCLK – tUEXACT) / tUEXACT x 100%

注意：1、1帧=起始位+数据位+奇偶位+停止位

                    2、在特定条件下，波特率上限可达921.6K，例如当PCLK为60MHZ时，可以使用921.6K的波特率而误差为1.69%

loop-back模式

为了识别通讯连接中的故障，UART提供了一种叫loop-back模式的测试模式。这种模式结构上使能了UART的TXD和RXD连接，因此发送数据被接收器通过RXD接收。这一特性允许处理器检查每个SIO通道的内部发送到接收的数据路径。可以通过设置UART控制寄存器UCONn中的loopback位选择这一模式。

红外(IR)模式

UART支持红外 (IR)接收和发送，可以通过设置UART线控制寄存器ULCONn的Infra-red-mode位来进入这一模式。图11-4阐述了如何实现IR模式。

在IR发送模式下，发送脉冲的比例是3/16——正常的发送比率(当发送数据位为0的时候)；在IR接收模式下，接收器必须检测3/16的脉冲来识别0值（见图11-6和11-7所示的帧时序）。

UART SFR

UART线控制寄存器ULCONn

有3个UART线控制寄存器：ULCON0, ULCON1, and ULCON2

UART控制寄存器UCONn

有3个UART控制寄存器：UCON0, UCON1, and UCON2

注意：DMA接收有FIFO模式下，当UART没有达到FIFO触发条件而且3个字时间没有接收到数据时，Rx中断会产生，用户应该检查FIFO的状态并读出其它数据。

UART FIFO控制寄存器UFCONn

波特率除数寄存器UBRDIVn

有3个波特率除数寄存器：UBRDIV0，UBRDIV1，UBRDIV2，存储于里面的值用于设置串口波特率：

UBRDIVn = (int)(PCLK / (bps x 16) ) –1                                                      

或              UBRDIVn = (int)(UEXTCLK / (bps x 16) ) –1

此除数应该在1-(2的16方-1)之间，且UEXTCLK要比PCLK低。

例如，如果波特率为115200bps，而PCLK或者UEXTCLK为40MHz，则UBRDIVn为：

UBRDIVn              = (int)(40000000/(115200 x 16)) -1

= (int)(21.7) -1

= 21 -1 = 20