嵌入式Linux裸机开发——UART串口通信

Posted 2020-07-22

嵌入式Linux裸机开发（七）——UART串口通信

一、UART串口通信简介

    通用异步收发器简称UART,即UNIVERSAL ASYNCHRONOUS RECEIVER AND TRANSMITTER， 它用来传输串行数据。发送数据时， CPU 将并行数据写入UART，UAR按照一定的格式在一根电线上串 行发出；接收数据时， UART检测另一根电线的信号，将串行收集在缓冲区中， CPU 即可读取 UART 获得这些数据。 在 S5PV210中， UART提供了 4 对独立的异步串口I/O端口，有4个独立的通道，每个通道可以工作于DMA模式或者中断模式。其中，通道0有 256byte 的的发送FIFO和 256byte 的接收FIFO，通道1有64byte 的的发送FIFO和64byte的接收FIFO，而通道 2和3只有16byte 的的发送FIFO。

UART使用标准的TTL/CMCOS 逻辑电平来表示数据，为了增强数据抗干扰能力和提高传输长度，通常将TTL/CMOS逻辑电平转换为 RS-232 逻辑电平。

二、S5PV210串口通信接口

1、S5PV210 UART接口

S5PV210的UART结构图如下：

UART串口控制器包含发送器和接收器两部分，发送器负责SoC向外部发送信息，接收器负责从外部接收信息到SoC。发送器由发送缓冲区和发送移位器构成，将发送信息进行ascii编码，将一帧数据写到发送缓冲区，发送移位器将会自动从发送缓冲区中取出一帧数据，自动移位，发送到TX。接收器由接收缓冲区和接收移位器构成，有信息需要接收时，接收移位器将收到的二进制数保存到接收缓冲区，收到一帧数据后发送一个中断给CPU，通知CPU读取接收缓冲区的数据。串口控制器的波特率发生器用于产生串口发送、接收的时钟频率，源时钟是APB总线时钟。

2、电路原理图查阅

    查阅smart210底板电路原理图UART部分：

    S5PV210本身总共有4个串口，UART0和UART3已经经过RS232电平转换，分别对应于COM0和COM3，通过附带的交叉串口线和PC互相通讯。

3、查阅核心板电路图

查阅核心板电路原理图UART相关部分，查找UART对应的GPIO引脚

UART COM0接口对应的GPIO引脚为GPA0

4、相关寄存器

GPA0CON（0xE0200000）：GPIO引脚控制寄存器 设置为0x22，打开COM0收发

ULCON0（0xE290_0000）：奇偶校验位、数据位、停止位

UCON0（0xE290_0004）：时钟源选择，模式选择

UFCON0（0xE2900008）：FIFO模式

UMCON0（0xE290000C）：流控制

UTXH0（0xE2900020）：发送寄存器

URXH0（0xE2900024）：接收寄存器

UBRDIV0（0xE2900028）：波特率设置

UDIVSLOT0（0xE290002C）：波特率设置

波特率设置：

DIV_VAL = (PCLK / (bps x 16)) 1
或
DIV_VAL = (SCLK_UART / (bps x 16)) 1

UBRDIV0的值取DIV_VAL整数部分

UDIVSLOT0的值通过DIV_VAL的小数部分乘以16得到的整数部分，通过查表得到：

三、UART串口通信代码实践

uart.c:

#define    GPA0CON    ( *((volatile unsigned long *)0xE0200000) )

#define    ULCON0     ( *((volatile unsigned long *)0xE2900000)

#define    UCON0      ( *((volatile unsigned long *)0xE2900004) )

#define    UFCON0     ( *((volatile unsigned long *)0xE2900008) )

#define    UMCON0     ( *((volatile unsigned long *)0xE290000C) )

#define    UTRSTAT0   ( *((volatile unsigned long *)0xE2900010) )

#define    UERSTAT0   ( *((volatile unsigned long *)0xE2900014) )

#define    UFSTAT0    ( *((volatile unsigned long *)0xE2900018) )

#define     UMSTAT0     ( *((volatile unsigned long *)0xE290001C) )

 

#define     UTXH0     ( *((volatile unsigned long *)0xE2900020) )

#define     URXH0     ( *((volatile unsigned long *)0xE2900024) )

#define     UBRDIV0     ( *((volatile unsigned long *)0xE2900028) )

#define     UDIVSLOT0     ( *((volatile unsigned long *)0xE290002C) )

#define     UINTP0     ( *((volatile unsigned long *)0xE2900030) )

#define     UINTSP0     ( *((volatile unsigned long *)0xE2900034) )

#define     UINTM0     ( *((volatile unsigned long *)0xE2900038) )

#define     UART_UBRDIV_VAL    35

#define     UART_UDIVSLOT_VAL    0x1

 

void uart_init(void);

void uart_putc(char c);

char uart_getc(void);

void uart_sendc();

 

void uart_init(void)

{

// 1 配置引脚用于RX/TX功能的GPIO寄存器

GPA0CON = 0x22;

 

// 2 设置数据格式等

// 数据位:8, 无校验, 停止位: 1

ULCON0 = 0x3;

// 时钟：PCLK，禁止中断，轮询UART发送、接收

UCON0  = 0x5;  

// 禁止fifo

UFCON0 = 0x0;

// 无流控

UMCON0 = 0x0;

// 3 设置波特率115200

UBRDIV0 = UART_UBRDIV_VAL;

UDIVSLOT0 = UART_UDIVSLOT_VAL;

}

 

// 接收一个字符

char uart_getc(void)

{

// 如果URXH0空，等待

while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));

// 取数据

return URXH0;                   

}

 

// 发送一个字符

void uart_putc(char c)

{

// 如果UTXH0满，等待

while (!(UTRSTAT0 & (1<<1)));

// 写数据

UTXH0 = c;                      

}

 

void uart_sendc(void)

{

uart_init();

while(1)

{

uart_putc(‘a‘);

}

}

 

四、printf移植

将printf函数与串口COM0绑定，输出到COM0。printf函数内部调用vsprintf实现对字符串格式化，调用putc函数操作硬件设备从串口输出。

移植流程：

1、修改工程Makefile

头文件需要添加下面的内容

OBJS += lib/lib.a//增加目标文件

CPPFLAGS += -nostdlib -nostdinc//不使用标准库，不包含标准库头文件目录

CFLAGS += -Wall -O2 -fno-builtin -I$(CURDIR)/include//包含当前inlcude

export CROSS_COMPILER CC CPPFLAGS CFLAGS LDFLAGS//导出变量

lib/lib.a:

make -C ./lib//编译lib目录

2、在使用printf的文件uart.c中添加头文件#include “stdio.h”

 

3、编写putc、getc函数

printf内部通过调用putc函数实现输出到标准输出，因此需要编写同名的putc函数，重定向到串口COM0输出。

// 发送一个字符

void putc(unsigned char c)

{

// 如果UTXH0满，等待

while (!(UTRSTAT0 & (1<<1)));

// 写数据

UTXH0 = c;                      

}

 

// 接收一个字符

unsigned char getc(void)

{

// 如果URXH0空，等待

while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));

// 取数据

return URXH0;                   

}

4、初始化串口COM0

void uart_init(void)

{

// 1 配置引脚用于RX/TX功能的GPIO寄存器

GPA0CON = 0x22;

 

// 2 设置数据格式等

// 数据位:8, 无校验, 停止位: 1

ULCON0 = 0x3;

// 时钟：PCLK，禁止中断，轮询UART发送、接收

UCON0  = 0x5;  

// 禁止fifo

UFCON0 = 0x0;

// 无流控

UMCON0 = 0x0;

// 3 设置波特率

UBRDIV0 = UART_UBRDIV_VAL;

UDIVSLOT0 = UART_UDIVSLOT_VAL;

}

5、编写测试函数

void uart_printf(void)

{

char *str = "hello world";

int a = 0;

int b = 0;

int year = 2016;

int month = 5;

int day = 2;

uart_init();

printf("%s\n",str);

printf("Today is %d-%d-%d\n",year,month,day);

 

while (1)

{

printf("please enter two number: \n");

scanf("%d %d", &a, &b);

printf("\n");

printf("the sum is: %d\n", a+b);

}

}

6、start.S

.global _start

_start:

bl uart_printf

.end

BL0（iROM）阶段已经关闭了看门狗、打开了icache、设置好了SVC栈、系统时钟等

工程源代码请查看附件

本文出自 “生命不息，奋斗不止” 博客，请务必保留此出处http://9291927.blog.51cto.com/9281927/1787067