S3C2410內置的UART控制器

S3C2410內部具有3個獨立的UART控制器，每個控制器都可以工作在Interrupt（中斷）模式或DMA（直接內存訪問）模式，也就是說UART控制器可以在CPU與UART控制器傳送數(shù)據(jù)的時候產生中斷或DMA請求。并且每個UART控制器均具有16字節(jié)的FIFO（先入先出寄存器），支持的最高波特率可達到115.2Kbps
圖5-11是S3C2410內部UART控制器的結構圖

圖5-11

通過上圖我們可以看到，每個UART控制器中大抵分為發(fā)送器和接收器兩部分，在發(fā)送器中如果當前UART處于FIFO模式，則有16B的發(fā)送緩沖寄存器，一般在發(fā)送數(shù)據(jù)時CPU會將數(shù)據(jù)先暫存到這16B中來，如果當前UART處于非FIFO模式，則這16B的緩沖寄存器是沒用的，我們只用到了這16B中最低一個字節(jié)的緩沖寄存器來存放數(shù)據(jù)也叫做Transmit Holding Register，而關鍵的一點是在發(fā)送器中發(fā)送緩沖器中的數(shù)據(jù)并不是直接送到輸出引腳上的，還必須要先送到發(fā)送移位寄存器也就是Transmit Shifter，然后再由Transmit Shifter送出到輸出引腳。而接收端這邊大概都是一樣，發(fā)送移位寄存器和接收移位寄存器對數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都是在波特率發(fā)生器產生的波特率下來進行控制的。而波特率的產生也需要在時鐘源的控制下才行

UART的操作
UART的操作分為以下幾個部分分別是數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、產生中斷、產生波特率、Loopback模式、紅外模式以及自動流控模式。
數(shù)據(jù)發(fā)送：
發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式是可以編程設置的。它包含了起始位、5~8個數(shù)據(jù)位、可選的奇偶校驗位以及1~2位停止位。這些都是通過UART的控制寄存器 ULCONn 來設置的。
數(shù)據(jù)接收：
同發(fā)送一樣，接收的數(shù)據(jù)幀格式也是可以進行編程設置的。此外，還具備了檢測溢出出錯、奇偶校驗出錯、幀出錯等出錯檢測，并且每種錯誤都可以設置相應的錯誤標志。
自動流控模式：
S3C2410的UART0和UART1都可以通過各自的nRTS和nCTS信號來實現(xiàn)自動流控。在自動流控（AFC）模式下nRTS取決于接收端的狀態(tài)，而nCTS控制了發(fā)送端的操作。具體地說：只有當nCTS有效時（表明接收方的FIFO已經準備就緒來接收數(shù)據(jù)了因為接收端的nRTS是和發(fā)送端的nCTS連接的nCTS有效也就表示接收端的nRTS有效也就表示接收方的FIFO已經準備好接收數(shù)據(jù)啦），UART才會將FIFO中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。在UART接收資料之前，只要當接收FIFO有至少2-byte空余的時候，nRTS就會被置為有效。圖5-12是UART 自動流控模式的連接方式

圖5-12
中斷/DMA請求產生
S3C2410的每個UART都有7種狀態(tài)，分別是：溢出覆蓋（Overrun）錯誤、奇偶校驗錯誤、幀出錯、斷線錯誤(暫停態(tài))、接收就緒(接收緩沖區(qū)準備好)、發(fā)送緩沖空閑、發(fā)送移位器空閑。它們在UART狀態(tài)寄存器 UTRSTATn / UERSTATn 中有相應的標志位。
波特率發(fā)生器
每個UART控制器都有各自的波特率發(fā)生器來產生發(fā)送和接收資料所用的序列時鐘，波特率發(fā)生器的時鐘源可以由CPU內部的系統(tǒng)時鐘(PCLK)，也可以從CPU的 UCLK (外部UART設備的時鐘)管腳由外部取得時鐘信號，并且可以通過 UCONn 選擇各自的時鐘源。
波特率產生的具體計算方法如下：
當選擇CPU內部時鐘(PCLK)時：
UBRDIVn=(int)(PCLK/(bps*16))-1,bps為所需要的波特率值，PCLK為CPU內部外設總線（APB）的工作時鐘。
當需要得到更精確的波特率時，可以選擇由 UCLK 引入的外部時鐘來生成。
UBRDIVn=(int)(UCLK/(bps*16))-1
LoopBack操作模式：
S3C2410 CPU的UART提供了一種測試模式，也就是這里所說的LoopBack模式。在設計系統(tǒng)的具體應用時，為了判斷通訊故障是由于外部的數(shù)據(jù)鏈路上的問題，還是CPU內驅動程序或CPU本身的問題，這就需要采用LoopBack模式來進行測試。在LoopBack模式中，資料發(fā)送端TXD在UART內部就從邏輯上與接收端RXD連在一起，并可以來驗證資料的收發(fā)是否正常。
UART控制寄存器
下面將針對UART的各個控制寄存器逐一進行講解，以期對UART的操作和設置能有更進一步的了解。

ULCONn （UART Line Control Register）見圖5-13


圖5-13
Word Length ：決定每幀的數(shù)據(jù)位數(shù)
Number of Stop Bit ：停止位數(shù)
Parity Mode ：奇偶校驗位類型
Infra-Red Mode ：UART/紅外模式選擇（當以UART模式工作時，需設為“0”）
UCONn （UART Control Register）見圖5-14
Receive Mode ：選擇接收模式。如果是采用DMA模式的話，還需要指定說使用的DMA信道。
Transmit Mode ：同上。
Send Break Signal ：選擇是否在傳送一幀數(shù)據(jù)中途發(fā)送Break信號。
Loopback Mode ：選擇是否將UART置于Loopback測試模式。
Rx Error Status Interrupt Enable ：選擇是否使能當發(fā)生接收異常時，是否產生接收錯誤中斷。
Rx Time Out Enable ：是否使能接收超時中斷。
Rx Interrupt Type ：選擇接收中斷類型。
選擇0：Pulse（脈沖式/邊沿式中斷。非FIFO模式時，一旦接收緩沖區(qū)中有資料，即產生一個中斷；為FIFO模式時，一旦當FIFO中的資料達到一定的觸發(fā)水平后，即產生一個中斷）


選擇1：Level（電平模式中斷。非FIFO模式時，只要接收緩沖區(qū)中有資料，即產生中斷；為FIFO模式時，只要FIFO中的資料達到觸發(fā)水平后，即產生中斷）
Tx Interrupt Type ：類同于Rx Interrupt Type
Clock Selection ：選擇UART波特率發(fā)生器的時鐘源。

圖5-14
UFCONn （UART FIFO Conrtol Register）用于對收發(fā)緩沖的管理，包括緩沖的觸發(fā)字節(jié)數(shù)的設置，F(xiàn)IFO的使能見圖5-15
FIFO Enable ：FIFO使能選擇。
Rx FIFO Reset ：選擇當復位接收FIFO時是否自動清除FIFO中的內容。
Tx FIFO Reset ：選擇當復位發(fā)送FIFO時是否自動清除FIFO中的內容。
Rx FIFO Trigger Level ：選擇接收FIFO的觸發(fā)水平。
Tx FIFO Trigger Level ：選擇發(fā)送FIFO的觸發(fā)水平。

圖5-15
UMCONn （UART Modem Control Register）見圖5-16
Request to Send ：如果在AFC模式下，該位將由UART控制器自動設置；否則的話就必須由用戶的軟件來控制。
Auto Flow Control ：選擇是否使能自動流控（AFC）。

圖5-16
UTRSTATn （UART TX/RX Status Register）見圖5-17
Receive buffer data ready :當接收緩沖寄存器從UART接收端口接收到有效資料時將自動置“1”。反之為“0”則表示緩沖器中沒有資料。
Transmit buffer empty ：當發(fā)送緩沖寄存器中為空，自動置“1”；反之表明緩沖器中正有資料等待發(fā)送。
Transmitter empty ：當發(fā)送緩沖器中已經沒有有效資料時，自動置“1”；反之表明尚有資料未發(fā)送。

圖5-17
UERSTATn （UART Error Status Register）見圖5-18
Overrun Error ：為“1”，表明發(fā)生Overrun錯誤。
Frame Error ：為“1”。表明發(fā)生Frame（幀）錯誤。

圖5-18
UFSTATn　：（UART　FIFO Status Register）見圖5-19
Rx FIFO Count :接收FIFO中當前存放的字節(jié)數(shù)。
　Tx FIFO Count :發(fā)送FIFO中當前存放的字節(jié)數(shù)。
　Rx FIFO Full :為“1“表明接收FIFO已滿。
　Tx FIFO Full :為“1“表明發(fā)送FIFO已滿。

圖5-19
UMSTATn?。海║ART　FIFO Status Register）見圖5-20
Clear to Send ：為“0”表示CTS無效；為“1”表示CTS有效。
Delta CTS ：指示自從上次CPU訪問該位后，nCTS的狀態(tài)有無發(fā)生改變。
為“0”則說明不曾改變；反之表明nCTS信號已經變化了。

圖5-20
UTXHn 和 URXHn 分別是UART發(fā)送和接收資料寄存器
這兩個寄存器存放著發(fā)送和接收的資料，當然只有一個字節(jié)８位資料。需要注意的是在發(fā)生溢出錯誤的時候，接收的資料必須要被讀出來，否則會引發(fā)下次溢出錯誤

UBRDIVn ：（UART Baud Rate Divisor Register）見圖5-21


圖5-21

接著我們通過結合代碼來看看具體在程序中怎樣來操作UART的流程：

先來看看在C代碼中對用到的UART多個寄存器的定義：

#define UART_CTL_BASE 0x50000000 //UART0的寄存器的起始地址也就是ULCON0的地址
#define UART0_CTL_BASE UART_CTL_BASE
#define bUART(x, Nb) __REGl(UART_CTL_BASE + (x)*0x4000 + (Nb)) //因為考慮到UART1與UART0相應的寄存器地址相差0x4000所以這里也考慮到了對UART1和UART2的使用，而上面__REGl的定義：

#define __REG(x) (*(volatile unsigned long *)(x))
#define __REGl(x) __REG(x)
#define bUARTb(x, Nb) __REGb(UART_CTL_BASE + (x)*0x4000 + (Nb)) //#define __REGb(x) (*(volatile unsigned char *)(x))

#define oULCON 0x00
#define oUCON 0x04
#define oUFCON 0x08
#define oUMCON 0x0c
#define oUTRSTAT 0x10
#define oUERSTAT 0x14
#define oUFSTAT 0x18
#define oUMSTAT 0x1c
#define oUTXHL 0x20
#define oUTXHB 0x23
#define oURXHL 0x24
#define oURXHB 0x27
#define oUBRDIV 0x28

#define ULCON0 bUART(0, oULCON)
#define UCON0 bUART(0, oUCON)
#define UFCON0 bUART(0, oUFCON)
#define UMCON0 bUART(0, oUMCON)
#define UTRSTAT0 bUART(0, oUTRSTAT)
#define UERSTAT0 bUART(0, oUERSTAT)
#define UFSTAT0 bUART(0, oUFSTAT)
#define UMSTAT0 bUART(0, oUMSTAT)
#define UTXH0 bUART(0, oUTXHL)
#define URXH0 bUART(0, oURXHL)
#define UBRDIV0 bUART(0, oUBRDIV)

#define UTRSTAT_TX_EMPTY (1 << 2)
#define UTRSTAT_RX_READY (1 << 0)
#define UART_ERR_MASK 0x0f

再來看看真正對UART的操作：

void init_uart(void)
{
ULCON0 = vULCON0; //#define vULCON0 0x03 表示每幀有8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，不進行奇偶校驗，正常模式
UCON0 = vUCON0; //#define vUCON0 0x245 表示接收模式和發(fā)送模式都是中斷或輪詢模式，當發(fā)生接收異常時，產生接收錯誤中斷，發(fā)送中斷類型為Level，接收中斷類型為Pulse，波特率時鐘源為PCLK
UFCON0 = vUFCON0;
UMCON0 = vUMCON0;
UBRDIV0 = 12;
}

void putc(char c)
{
char i;

while (!(UTRSTAT0 & UTRSTAT_TX_EMPTY)) { //不斷的查詢，直到發(fā)送緩沖寄存器和和移位寄存器都不為空，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)
;
}

for (i=0; i<10; i++) {
;
}

UTXH0 = c; //直接將要發(fā)送的字符賦值給發(fā)送寄存器發(fā)送出去
}

unsigned char getc(void)
{
while (!(UTRSTAT0 & UTRSTAT_RX_READY)) {
;
}

return URXH0; //直接從接收寄存器中返回接收到的1個字節(jié)的數(shù)據(jù)
}