NXP（I.MX6uLL） UART串口通信原理

Posted 2021-08-28 行稳方能走远

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了NXP（I.MX6uLL） UART串口通信原理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

参考：Linux NXP （I.MX6uLL） UART串口通信原理
作者：一只青木呀
发布时间： 2020-09-20 16:48:33
网址：https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/108694634

不管是单片机开发还是嵌入式 Linux 开发，串口都是最常用到的外设。可以通过串口将开发板与电脑相连，然后在电脑上通过串口调试助手来调试程序。还有很多的模块，比如蓝牙、GPS、 GPRS 等都使用的串口来与主控进行通信的，在嵌入式 Linux 中一般使用串口作为控制台，所以掌握串口是必备的技能。

1、UART简介

1.1、UART串口通讯格式

串口全称叫做串行接口，通常也叫做 COM 接口，串行接口指的是数据一个一个的顺序传输，通信线路简单。使用两条线即可实现双向通信，一条用于发送，一条用于接收。串口通信距离远，但是速度相对会低，串口是一种很常用的工业接口。 I.MX6U 自带的 UART 外设就是串口的一种， UART 全称是 Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter，也就是异步串行收发器。既然有异步串行收发器，那肯定也有同步串行收发器，学过 STM32 的同学应该知道， STM32除了有 UART 外，还有另外一个叫做 USART 的东西。 USART 的全称是 UniversalSynchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，也就是同步/异步串行收发器。相比 UART 多了一个同步的功能，在硬件上体现出来的就是多了一条时钟线。一般 USART 是可以作为 UART使用的，也就是不使用其同步的功能。

UART 作为串口的一种，其工作原理也是将数据一位一位的进行传输，发送和接收各用一条线，因此通过 UART 接口与外界相连最少只需要三条线： TXD(发送)、RXD(接收) 和 GND(地线)。

1.2、UART 的通信格式：

上图中的每个位的含义如下：

位	含义
空闲位	数据线在空闲状态的时候为逻辑“1”状态，也就是高电平，表示没有数据线空闲，没有数据传输。
起始位	当要传输数据的时候先传输一个逻辑“0”，也就是将数据线拉低，表示开始数据传输。
数据位	数据位就是实际要传输的数据，数据位数可选择 5~8 位，我们一般都是按照字节传输数据的，一个字节 8 位，因此数据位通常是 8 位的。低位在前，先传输，高位最后传输。
奇偶校验位	这是对数据中“1”的位数进行奇偶校验用的，可以不使用奇偶校验功能。
停止位	数据传输完成标志位，停止位的位数可以选择 1 位、 1.5 位或 2 位高电平，一般都选择 1 位停止位。
波特率	波特率就是 UART 数据传输的速率，也就是每秒传输的数据位数，一般选择 9600、19200、 15200（用的最多）等。

1.3、UART 电平标准

UART 一般的接口电平有 TTL 和 RS-232，一般开发板上都有 TXD 和 RXD 这样的引脚，这些引脚低电平表示逻辑 0，高电平表示逻辑 1，这个就是 TTL 电平。 RS-232 采用差分线， -3~ -15V 表示逻辑 1， +3~+15V 表示逻辑 0。一般下图中的接口就是 TTL 电平：

上图中的模块就是 USB 转 TTL 模块， TTL 接口部分有 VCC、 GND、 RXD、 TXD、RTS 和 CTS。 RTS 和 CTS 基本用不到，使用的时候通过杜邦线和其他模块的 TTL 接口相连即可。

RS-232 电平需要 DB9 接口， I.MX6U-ALPHA 开发板上的 COM3(UART3)口就是 RS-232 接口的，如下图所示：

由于现在的电脑都没有 DB9 接口了，取而代之的是 USB 接口，所以就催生出了很多 USB转串口 TTL 芯片，比如 CH340、PL2303 等。通过这些芯片就可以实现串口 TTL 转 USB。I.MX6UALPHA开发板就使用CH340 芯片来完成UART1 和电脑之间的连接，只需要一条USB 线即可，

2、I.MX6U UART 简介

上面介绍了 UART 接口，下面具体看一下 I.MX6U 的 UART 接口， I.MX6U 一共有 8 个 UART，其主要特性如下：

①、兼容 TIA/EIA-232F 标准，速度最高可到 5Mbit/S。
②、支持串行 IR 接口，兼容 IrDA，最高可到 115.2Kbit/s。
③、支持 9 位或者多节点模式(RS-485)。
④、 1 或 2 位停止位。
⑥、可编程的奇偶校验(奇校验和偶校验)。
⑦、自动波特率检测(最高支持 115.2Kbit/S)

2.1、UART的时钟源选择

UART 的时钟源是由寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL(bit)位来选择的，当为 0 的时候 UART 的时钟源为 pll3_80m(80MHz)，如果为 1 的时候 UART 的时钟源为 osc_clk(24M)，一般选择 pll3_80m 作为 UART 的时钟源。寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_PODF(bit5:0)位是 UART 的时钟分频值，可设置 0~ 63，分别对应 1~64 分频，一般设置为 1 分频，因此最终进入 UART 的时钟为 80MHz

3、UART 几个重要的寄存器

3.1、UART 的控制寄存器 1，即UARTx_UCR1(x=1~8)

寄存器 UARTx_UCR1 我们用到的重要位如下：

重要位	含义
ADBR(bit14)	自动波特率检测使能位，为 0 的时候关闭自动波特率检测，为 1 的时候使能自动波特率检测。
UARTEN(bit0)	UART 使能位，为 0 的时候关闭 UART，为 1 的时候使能 UART。

3.2、UART 的控制寄存器 2，即： UARTx_UCR2

寄存器 UARTx_UCR2 用到的重要位如下：

位	含义
IRTS(bit14)	为 0 的时候使用 RTS 引脚功能，为 1 的时候忽略 RTS 引脚。
PREN(bit8)	奇偶校验使能位，为 0 的时候关闭奇偶校验，为 1 的时候使能奇偶校验。
PROE(bit7)	奇偶校验模式选择位，开启奇偶校验以后此位如果为 0 的话就使用偶校验，此位为 1 的话就使能奇校验。
STOP(bit6)	停止位数量，为 0 的话 1 位停止位，为 1 的话 2 位停止位。
WS(bit5)	数据位长度，为 0 的时候选择 7 位数据位，为 1 的时候选择 8 位数据位。
TXEN(bit2)	发送使能位，为 0 的时候关闭 UART 的发送功能，为 1 的时候打开 UART的发送功能。
RXEN(bit1)	接收使能位，为 0 的时候关闭 UART 的接收功能，为 1 的时候打开 UART的接收功能。
SRST(bit0)	软件复位，为 0 的是时候软件复位 UART，为 1 的时候表示复位完成。复位完成以后此位会自动置 1，表示复位完成。此位只能写 0，写 1 会被忽略掉。

3.3、UARTx_UCR3 寄存器

寄存器 UARTx_UCR3 用到的重要位如下：

位	含义
RXDMUXSEL(bit2)	这个位应该始终为 1

3.4、寄存器 UARTx_USR2

寄存器 UARTx_USR2 用到的重要位如下：

位	含义
TXDC(bit3)	发送完成标志位，为 1 的时候表明发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空，也就是发送完成，向 TxFIFO 写入数据此位就会自动清零。
RDR(bit0)	数据接收标志位，为 1 的时候表明至少接收到一个数据，从寄存器UARTx_URXD 读取数据接收到的数据以后此为会自动清零

3.5、寄存器 UARTx_UFCR 、 UARTx_UBIR 和 UARTx_UBMR

通过这三个寄存器可以设置 UART 的波特率，波特率的计算公式如下：

Ref Freq：经过分频以后进入 UART 的最终时钟频率。
UBMR：寄存器 UARTx_UBMR 中的值。
UBIR：寄存器 UARTx_UBIR 中的值。

通过 UARTx_UFCR 的 RFDIV 位、 UARTx_UBMR 和 UARTx_UBIR 这三者的配合即可得到我们想要的波特率。比如现在要设置 UART 波特率为 115200，那么可以设置 RFDIV 为5(0b101)，也就是 1 分频，因此 Ref Freq=80MHz。设置 UBIR=71， UBMR=3124，根据上面的公式可以得到：

最后来看一下寄存器 UARTx_URXD 和 UARTx_UTXD，这两个寄存器分别为 UART 的接收和发送数据寄存器，这两个寄存器的低八位为接收到的和要发送的数据。读取寄存器UARTx_URXD 即可获取到接收到的数据，如果要通过 UART 发送数据，直接将数据写入到寄存器 UARTx_UTXD 即可。