第011課 Jz2400串列埠(UART)的使用
第001節硬體知識_UART硬體介紹
1.串列埠的硬體介紹
UART的全稱是Universal Asynchronous Receiver and Transmitter，即非同步傳送和接收。
串列埠在嵌入式中用途非常的廣泛，主要的用途有：
- 列印除錯資訊；
- 外接各種模組：GPS、藍芽；
串列埠因為結構簡單、穩定可靠，廣受歡迎。
通過三根線即可，傳送、接收、地線。
通過TxD->RxD把ARM開發板要傳送的資訊傳送給PC機。
通過RxD->TxD線把PC機要傳送的資訊傳送給ARM開發板。
最下面的地線統一參考地。
2.串列埠的引數
- 波特率：一般選波特率都會有9600,19200,115200等選項。其實意思就是每秒傳輸這麼多個位元位數(bit)。
- 起始位:先發出一個邏輯”0”的訊號，表示傳輸資料的開始。
- 資料位：可以是5~8位邏輯”0”或”1”。如ASCII碼（7位），擴充套件BCD碼（8位）。小端傳輸。
- 校驗位：資料位加上這一位後，使得“1”的位數應為偶數(偶校驗)或奇數(奇校驗)，以此來校驗資料傳送的正確性。
- 停止位：它是一個字元資料的結束標誌。
怎麼傳送一位元組資料，比如‘A‘?
A 的ASCII值是0x41,二進位制就是01000001，怎樣把這8位資料傳送給PC機呢？
- 雙方約定好波特率（每一位佔據的時間）；
- 規定傳輸協議
a. 原來是高電平，ARM拉低電平，保持1bit時間；
b. PC在低電平開始處計時；
c. ARM根據資料依次驅動TxD的電平，同時PC依次讀取RxD引腳電平，獲得資料；
前面圖中提及到了邏輯電平，也就是說代表訊號1的引腳電平是人為規定的。
如圖是TTL/CMOS邏輯電平下，傳輸‘A’時的波形：
在xV至5V之間，就認為是邏輯1，在0V至yV之間就為邏輯0。
如圖是RS-232邏輯電平下，傳輸‘A’時的波形：
在-12V至-3V之間，就認為是邏輯1，在+3V至+12V之間就為邏輯0。
RS-232的電平比TTL/CMOS高，能傳輸更遠的距離，在工業上用得比較多。
市面上大多數ARM晶片都不止一個串列埠，一般使用串列埠0來除錯，其它串列埠來外接模組。
ARM晶片上得串列埠都是TTL電平的，通過板子上或者外接的電平轉換晶片，轉成RS232介面，連線到電腦的RS232串列埠上，實現兩者的資料傳輸。
現在的電腦越來越少有RS232串列埠的介面，當然USB是幾乎都有的。因此使用USB串列埠晶片將ARM晶片上的TTL電平轉換成USB串列埠協議，即可通過USB與電腦資料傳輸。
上面的兩種方式，對ARM晶片的程式設計操作都是一樣的。
ARM晶片是如何傳送/接收資料？
如圖所示串列埠結構圖：
要傳送資料時，CPU控制記憶體要傳送的資料通過FIFO傳給UART單位，UART裡面的移位器，依次將資料傳送出去，在傳送完成後產生中斷提醒CPU傳輸完成。
接收資料時，獲取接收引腳的電平，逐位放進接收移位器，再放入FIFO，寫入記憶體。在接收完成後產生中斷提醒CPU傳輸完成。
第002節_S3C2440_UART程式設計
在uart.c這個檔案裡需要編寫這樣幾個函式：
uart0_init() 用於初始化串列埠
putchar() 用於傳送一個字元
getchar() 用於接收一個字元
puts() 用於傳送一串字元
在uart0_init()需要做如下幾件事：
1.設定引腳用於串列埠：根據原理圖和參考手冊設定GPH2,3用於TxD0, RxD0,並且為了將其保持為高電平，先設定其為上拉；
GPHCON &= ~((3<<4) | (3<<6));
GPHCON |= ((2<<4) | (2<<6));
GPHUP &= ~((1<<2) | (1<<3)); /* 使能內部上拉 */
2.設定波特率
將uart 的時鐘設定為PCLK,中斷/查詢模式：
UCON0 = 0x00000005; /* PCLK,中斷/查詢模式 */
uart clock=50M，波特率假設是115200，
根據公式UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1
得到UBRDIVn = (int)( 50000000 / ( 115200 x 16) ) –1 = 26
UBRDIV0 = 26;
3.設定資料格式
資料格式設定為常用的8n1:8個數據位, 無較驗位, 1個停止位
ULCON0 = 0x00000003; /* 8n1: 8個數據位, 無較驗位, 1個停止位 */
讀取UTRSTAT0暫存器，查詢其第2位判斷髮送buff是否為空，即上一次傳送是否完成，如果完成即向UTXH0寫入要傳送的新資料；查詢其第0位判斷接收buff是否為空，即本次接收是否完成，如果接收完成，讀取URXH0的值。
int putchar(int c)
{
/* UTRSTAT0 */
/* UTXH0 */
while (!(UTRSTAT0 & (1<<2)));
UTXH0 = (unsigned char)c;
}
int getchar(void)
{
while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));
return URXH0;
}
迴圈輸出字元，就可以實現字串的輸出
int getchar(void)
{
while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));
return URXH0;
}
int puts(const char *s)
{
while (*s)
{
putchar(*s);
s++;
}
}
在main.c的主函式裡，先呼叫初始化函式，然後迴圈獲取用於輸入的資料，然後回顯出來。並且在收到\r回車時，輸出\n換行，有些時候\n是回車，則輸出\r換行。
#include "s3c2440_soc.h"
#include "uart.h"
int main(void)
{
unsigned char c;
uart0_init();
puts("Hello, world!\n\r");
while(1)
{
c = getchar();
if (c == '\r')
{
putchar('\n');
}
if (c == '\n')
{
putchar('\r');
}
putchar(c);
}
return 0;
}