什么是uart
將由計算機內(nèi)部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉換為輸出的串行數(shù)據(jù)流。將計算機外部來的串行數(shù)據(jù)轉換為字節(jié),供計算機內(nèi)部使用并行數(shù)據(jù)的器件使用。在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗位,并對從外部接收的數(shù)據(jù)流進行奇偶校驗。在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟停標記,并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟停標記。處理由鍵盤或鼠標發(fā)出的中斷信號(鍵盤和鼠票也是串行設備)。可以處理計算機與外部串行設備的同步管理問題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū),現(xiàn)在比較新的UART是16550,它可以在計算機需要處理數(shù)據(jù)前在其緩沖區(qū)內(nèi)存儲16字節(jié)數(shù)據(jù),而通常的UART是8250?,F(xiàn)在如果您購買一個內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器,此調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部通常就會有16550 UART。
1.UART協(xié)議的工作特點
1.1數(shù)據(jù)采樣
UART協(xié)議是實現(xiàn)設備之間低速數(shù)據(jù)通信的標準協(xié)議。因發(fā)送時不需同時發(fā)送時鐘,故此協(xié)議為異步。UART鏈接典型為38400,9600波特 。
如圖1,UART字符格式為1個起始位,5~8個數(shù)據(jù)位,1個地址位或奇偶位(可選),1個停止位。
由于接收器、發(fā)送器異步工作,無需聯(lián)接接收和發(fā)送時鐘。接收器采取對輸入數(shù)據(jù)流高度采樣方式,通常采樣為16,并根據(jù)采樣值確定位值。按慣例,使用16個采樣值的中間三個值。
1.2 UART幀區(qū)分
UART一參數(shù)MAX-IDL,用來設置空閑字符的多少。一旦一字符在線上被接收,UART控制器開始計數(shù)接收到的空閑字符。若下一數(shù)據(jù)字符接收前,一MAX-IDL多個空閑字符被接收,則產(chǎn)生空閑時間,緩沖區(qū)被關閉。順次對CPU32+核心發(fā)出一中斷請求,要求從緩沖區(qū)接收數(shù)據(jù)。因此,MAX-IDL給UART模式提供一區(qū)分幀的便利方法。
空閑字符按以下公式計算其位數(shù):1(起始)+數(shù)據(jù)長度(5,6,7,8)+1(若奇偶校驗被使用)+停止位(1)。例如,1個(起始),8位數(shù)據(jù),無校驗,1個停止位,則空閑字符MAX-IDL為10位。
1.3 UART地址識別
多站系統(tǒng)中,網(wǎng)絡上可能會有兩個以上的站,每個站有一特定的地址。圖2為此種結構的兩個示例。由許多字符構成的幀可被廣播,其第一字符做為目的地址。為實現(xiàn)此功能,UART幀被擴展一位,以區(qū)別地址字符和正常數(shù)據(jù)字符。
UART可被設置為操作于一多站環(huán)境,此環(huán)境下,支持以下兩種模式:
自動多站模式 當?shù)刂酚趦蓚€預置值之一相匹配時,UART控制器自動檢查到來地址字符,接收隨后的數(shù)據(jù)。
非自動多站模式 UART控制器接收所有數(shù)據(jù)。一地址字符總被寫入一新緩沖區(qū)。
綜上所述,UART協(xié)議采取一種通過數(shù)據(jù)采樣來確定位值的機理,具有簡單準確的定幀模式,而且廣泛用于多站系統(tǒng)中,具有自動多站和非自動多站兩種模式,來區(qū)分地址和數(shù)據(jù)。
2.幾種重要寄存器
在嵌入式開發(fā)中,對寄存器的理解和正確配置至關重要。對MPC860的UART協(xié)議,有幾個重要寄存器,它們是:管足配置寄存器、波特率配置寄存器、通信處理命令寄存器、SCC通用模式寄存器、發(fā)送和接收緩沖區(qū)描述器、UART的特定參數(shù)、SCC協(xié)議專用模式寄存器、SCC協(xié)議事件寄存器、UART屏蔽寄存器。
管足配置寄存器一般是針對收、發(fā)兩根管足,有開漏寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、數(shù)據(jù)方向寄存器,它們可被設置為具有串行信道輸出的能力和被設置為輸入輸出口。波特率配置寄存器負責把波特率指向所用的串口和配置波特率大小。通信處理命令寄存器主要用于判斷命令的發(fā)出是否和阻止傳送。SCC通用模式寄存器主要用于協(xié)議的選擇和傳輸格式的配置。發(fā)送和接收緩沖區(qū)描述器主要用于收發(fā)數(shù)據(jù)和判斷接收的是地址還是數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的錯誤情況等。UART的特定參數(shù)用來部分初始化UART。SCC協(xié)議專用模式寄存器主要用于設置UART處于自動多站和非自動多站模式。事件寄存器主要用于判斷是收中斷還是發(fā)中斷。屏蔽寄存器主要用于收、發(fā)使能。
因此,對UART協(xié)議來說,上面幾種寄存器是很重要的,它們主要完成波特率配置,協(xié)議的選擇,收發(fā)判斷處理等。
UART RS232 COM
UART是通用異步收發(fā)器(異步串行通信口)的英文縮寫,它包括了RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口標準規(guī)范和總線標準規(guī)范,即UART是異步串行通信口的總稱。
而RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等,是對應各種異步串行通信口的接口標準和總線標準,它規(guī)定了通信口的電氣特性、傳輸速率、連接特性和接口的機械特性等內(nèi)容。實際上是屬于通信網(wǎng)絡中的物理層(最底層)的概念,與通信協(xié)議沒有直接關系。而通信協(xié)議,是屬于通信網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)鏈路層(上一層)的概念。
COM口是PC(個人計算機)上,異步串行通信口的簡寫。由于歷史原因,IBM的PC外部接口配置為RS232,成為實際上的PC界默認標準。所以,現(xiàn)在PC機的COM口均為RS232。
UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)即通用異步收發(fā)傳輸器,工作于數(shù)據(jù)鏈路層。包含了RS-232、RS-422、RS-485串口通信和紅外(IrDA) 等等。UART協(xié)議作為一種低速通信協(xié)議,廣泛應用于通信領域等各種場合。UART基本可分為并口通信及串口通信兩種。
異步串口通信協(xié)議作為UART的一種,工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸。圖一給出了其工作模式:
圖 一
其中各位的意義如下:
起始位:先發(fā)出一個邏輯”
資料位:緊接著起始位之后。資料位的個數(shù)可以是4、5、6、7、8等,構成一個字符。通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送,靠時鐘定位。
奇偶校驗位:資料位加上這一位后,使得“1”的位數(shù)應為偶數(shù)(偶校驗)或奇數(shù)(奇校驗),以此來校驗資料傳送的正確性。
停止位:它是一個字符數(shù)據(jù)的結束標志??梢允?位、1.5位、2位的高電平。
空閑位:處于邏輯“1”狀態(tài),表示當前線路上沒有資料傳送。
波特率:是衡量資料傳送速率的指針。表示每秒鐘傳送的二進制位數(shù)。例如資料傳送速率為120字符/秒,而每一個字符為10位,則其傳送的波特率為10×120=1200字符/秒=1200波特。
在嵌入式系統(tǒng)或者計算機中,并非直接對串口直接進行,而是通過SCI (串行通訊接口)模塊對其進行控制。(注:“SCI”首先由Motorola微串口微控制器而得名,SCI另一種說法是“UART控制器”)常用的許多芯片中都包含了SCI ,例如ARM的S
如果實現(xiàn)一個軟件UART時,在UART檢查端口管腳的串行活動時,需要占用大量時間,讓應用程序停滯,這會使得軟件UART沒有意義。好在情況并非如此,我們來看看標準的10位異步串行協(xié)議(包含一個起始位,一個停止位和8個數(shù)據(jù)位)收發(fā)一個字符時的情況(如圖1所示)。
圖1:標準的10位異步串行協(xié)議收發(fā)字符時的時序圖。
在啟動一次發(fā)送或接收操作之后,串行UART(不論是軟件還是硬件形式的UART)并不需要連續(xù)監(jiān)控I/O線。在發(fā)送一個字符時,每個位周期,UART只需驅動一次發(fā)送信號線的狀態(tài),從起始位到8個數(shù)據(jù)位直到結束位依次設置每個位的電平。在接收一個字符時,UART在第一個下降沿開始工作,之后只需在每個位時隙的中央對接收線上的信號狀態(tài)進行一次采樣。
我們可以用一對狀態(tài)機來表征軟件UART的行為,一個狀態(tài)機用于發(fā)送字符,另一個用于接收字符。對一個全雙工的UART而言,這兩個狀態(tài)機是并行運行的,需要兩個獨立的定時器中斷。這兩個狀態(tài)機都有主動和被動兩種模式。發(fā)送狀態(tài)機在收到一個需發(fā)送的字符時跳出空閑狀態(tài),在結束位發(fā)送之后回到空閑狀態(tài)。接收狀態(tài)機在檢測到接收線上的一個下降沿時跳出空閑狀態(tài)。在檢測到這個初始的低電平狀態(tài)之后(該狀態(tài)指示起始位已經(jīng)開始),開始對位時隙進行遞減計數(shù),同時按要求采樣信號線上的每個信號位,包括停止位。
為了避免不必要地占用主應用過多的時間,UART狀態(tài)機應該由一些周期性的基于定時器的中斷來激活。接收線上初始下降沿的檢測需要利用一個邊沿觸發(fā)的外部中斷單獨處理。如果一個狀態(tài)機的定時器被設置為每個比特周期發(fā)出一個中斷請求,那么該狀態(tài)機在每次中斷被觸發(fā)時能夠執(zhí)行任何需要的操作(而且如果需要,還能進入到下一個狀態(tài))。用于實現(xiàn)狀態(tài)機的代碼應盡可能優(yōu)化,因為只要軟件UART處于活動狀態(tài),這些代碼就會在后臺連續(xù)運行。
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