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S3C2440 UART串口驱动

时间:11-20 来源:互联网 点击:

1.1UART串口

通用异步接收器和发送器(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)简称UART。通常是嵌入式设备中默认都会配置的通信接口。这是因为,很多嵌入式设备没有显示屏,无法获得嵌入式设备实时数据信息,通过UART串口和超级终端相连,打印嵌入式设备输出信息。并且在对嵌入式系统进行跟踪和调试时,UART串口了是必要的通信手段。比如:网络路由器,交换机等都要通过串口来进行配置。UART串口还是许多硬件数据输出的主要接口,如GPS接收器就是通过UART串口输出GPS接收数据的。

1.1.1异步通信和同步通信


图2-56同步信号与异步信号
同步通信技术
在发送数据信号的时候,会同时送出一根同步时钟信号,用来同步发送方和接收方的数据采样频率。如图2-56所示,同步通信时,信号线1是一根同步时钟信号线,以固定的频率进行电平的切换,其频率周期为t,在每个电平的上升沿之后进行对同步送出的数据信号线2进行采样(高电平代表1,低电平代表0),根据采样数据电平高低取得输出数据信息。如果双方没有同步时钟的话,那么接收方就不知道采样周期,也就不能正常的取得数据信息。
异步通信技术
在异步通信技术中,数据发送方和数据接收方没有同步时钟,只有数据信号线,只不过发送端和接收端会按照协商好的协议(固定频率)来进行数据采样。数据发送方以每秒钟57600bits的速度发送数据,接收方也以57600bits的速度去接收数据,这样就可以保证数据的有效和正确。通常异步通信中使用波特率(Baud-Rate)来规定双方传输速度,其单位为bps(bits per second每秒传输位数)。

1.1.2数据的串行和并行通信方式

串行通信好比是一列纵队,每个数据元素依次纵向排列。如图2-57所示,传输时一个比特一个比特的串行传输,每个时钟周期传输一个比特,这种传输方式相对比较简单,速度较慢,但是使用总线数较少,通常一根接收线,一根发送线即可实现串行通信。它的缺点是要增加额外的数据来控制一个数据帧的开始和结束。
并行通信好比一排横队,齐头并进同时传输。这种通信方式每个时钟周期传输的数据量和其总线宽度成正比,但是实现较为复杂。UART通信采用的是串行方式进行通信的。


图2-57串行数据通信与并行数据通信

1.1.3数据通信传输模式

在数据通信过程中,发送方和接收方为了实现数据的正确发送和接收,通常会有一个状态寄存器来描述当前数据接收和发送状态,当发送方有数据发送时,会查看发送状态寄存器,看是否允许发送数据(如果上一次数据还没有发送完毕,不允许继续数据发送),在发送允许情况下再送出新数据。同样,接收端通过查看接收状态寄存器,确定是否有新数据到达,如果有数据到达,将去接收数据缓冲区读取数据。
(1)轮询模式
通过程序执行流,不停的检测状态寄存器的结果,如果当前可发送或接收,则发送或接收数据。其过程可以用下面伪代码来表示。

;轮询方式实现数据发送伪代码
Send(){
While(1){
if(发送状态==可发送)
执行数据发送操作;
}
}

;轮询方式实现数据接收伪代码
Receive(){
While(1){
if(接收状态==有数据到达)
执行数据接收操作;
}
}

由程序可知,这种方式实现简单,但在进行数据接收和发送时都要进入循环检查状态寄存器的值,当没有数据到达或数据不可发送时,CPU会一直空转,其它程序又得不到CPU的执行权,很影响系统的效率。
(2)中断模式
中断方式是指,当数据到达或数据可发送时,产生中断,通知CPU去发送或接收数据,这种方式将通信硬件和CPU独立出来,通信硬件只有在发送或接收条件准备好之后中,才通知CPU去处理数据,在通信条件没有准备好的时候,CPU去处理其它程序,显然这种方式更合理,这种方式要求通信硬件要求比较高,需要支持产生中断信号。
(3)DMA模式
通常实现数据的转移或拷贝时,CPU将从源地址处复制数据到寄存器,然后将寄存器数据再写入目的地址处,该复制过程需要CPU来执行。S3C2440支持DMA传输模式,DMA传输是指在CPU不干涉的情况下,DMA硬件自动实现数据的转移和复制,在DMA传输过程中,CPU几乎不用干涉,这样可以让CPU安心的去做自己的事情。虽然如此,但是DMA在传输数据过程中要占用总线,在大批数据传输时,系统总线会被DMA通道占用,也会影响系统的效率。S3C2440 UART控制器支持DMA方式传输串口通信数据。

1.1.4S3C2440 UART控制器

S3C2440 UART控制器,提供了三个独立的异步串行I/O端口,每个端口都可以在中断模式或DMA模式下工作,换而言之,UART可以生成中断或DMA请求用于CPU和UART之间的数据传输。UART串口挂接在APB总线上,APB总线最高可以达到50MHz工作频率,在使用APB时钟频率时可以达到最高115.2Kbps波特率的通信速度。如果UART串口接收外部设备提供UEXTCLK(外部时钟),UART可以在更高的速度下工作。每个UART串口在接收装置和发送装置里分别包含一个64Byte的FIFO缓冲区,用于缓存发送数据和接收数据。
由于UART是串行异步通信方式,因此在UART通信过程中每次只能传输1位(bit),若干位组成一个数据帧(frame),帧是UART通信中最基本单元,它主要包含:开始位,数据位,校验位(如果开启了数据校验,要包含校验位),和停止位,帧结构如图2-58所示。


图2-58 UART数据帧结构
UART在通信之前要在发送端和接收端约定好帧结构,也就是约定好传输数据帧格式。
l开始位:必须包含在数据帧中,表示一个帧的开始。
l数据位:可选5,6,7,8位,该位长度可由编程人员指定。
l校验位:如果在开启了数据校验时,该位必须指定。
l停止位:可选1,2位,该位长度可由编程人员指定。
通信双方约定好帧格式后,指定同一波特率,以保证双方数据传输的同步。

1.1.5S3C2440 UART串口工作原理

每个UART包含一个波特率产生器,发送器,接收器和一个控制单元,如下图所示:


图2-59 UART硬件结构
UART是以异步方式实现通信的,其采样速度由波特率决定,波特率产生器的工作频率可以由PCLK(

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