Cortex-A9 UART

Posted 2020-08-20 Green

一、Exynos4412 UART 的特性

      Exynos4412 中UART，有4 个独立的通道，每个通道都可以工作于中断模式或DMA 模式，即 UART 可以发出中断或 DMA 请求以便在UART 、CPU 间传输数据。UART 由波特率发生器、发送器、接收器和控制逻辑组成。

    使用系统时钟时，Exynos4412 的 UART 波特率可以达到 4Mbps 。波特率可以通过编程进行 。

    Exynos4412 UART 的通道 0有 256 字节的发送 FIFO 和 256 字节的接收FIFO ；通道 1、4有 64 字节的发送 FIFO 和 64 字节的接收FIFO；通道 2、3有 16 字节的发送FIFO 和 16 字节 的接收 FIFO 。发送数据时， CPU 先将数据写入发送FIFO 中，然后 UART 会自动将FIFO 中的数据复制到“发送移位器” (Transmit Shifter )中，发送移位器将数据一位一位地发送到 TxDn 数据线上 (根据设定的格式，插入开始位 、较验和停止)。接收数据时，“移位器” (Receive Shifter )将 RxDn 数据线上的数据一位一位的接收进来，然后复制到FIFO 中， CPU即可从中读取数据。

     Exynos4412 UART的每个通道支持停止位有 1位、 2位，数据位有 5、6、7或 8位，支持校验功能，另外还有红外发送 /接收功能。

Exynos4412 UART结构图：

 

二、uart初始化步骤：

1、将所涉及的UART通道管脚设为UART功能

      比如 UART 通道 0中， GPA0_0 、GPA0_1 分别用作 RXD0 、TXD0，要使用 UART 通道 0时，先设置 GPA0CON 寄存器将 GPA0_0 、GPA0_1 引脚的功能设为 RXD0 、TXD0 。

2、 选择UART的时钟源

   

        Exynos4412 UART的时钟源有八种选择： XXTI 、XusbXTI 、SCLK_HDMI24M 、SCLK_USBPHY0 、 SCLK_HDMIPHY 、SCLKMPLL_USER_T 、SCLKEPLL 、SCLKVPLL ，由 CLK_SRC_PERIL0 寄存器控制。
选择好时钟源后，还可以通过 DIVUART0 ～4设置分频系数 设置分频系数 ，由 CLK_DIV_PERIL0 寄存器控制。 从分频器得到的时钟被称为SCLK UART 。

       SCLK UART 经过上图中的“ UCLK Generator”后，得到UCLK ，它的频率就是UART 的波特率。“ Generator UCLK Generator ”通过这 2个寄存器来设置： UBRDEVn 、UFRACVALn (在下面描述)。

 

3.、设置波特率：UBRDIVn寄存器(UART BAUD RATE DIVISOR)、UFRACVALn寄存器

      根据给定的波特率、所选择时钟源频率，可以通过以下公式计算 UBRDIVn 寄存器 (n 为 0～4，对应 5个 UART 通道 )的值。

      UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) – 1

     上式计算出来的 UBRDIVn 寄存器值不一定是整数， UBRDIVn 寄存器取其整数部分，小部分由 UFRACVALn 寄存器设置， UFRACVALn 寄存器的引入，使产生波特率更加精确。

例如，当UART clock为100MHz时，要求波特率为115200 bps，则：

100000000/(115200 x 16) – 1 = 54.25 – 1 = 53.25

UBRDIVn = 整数部分 = 53

UFRACVALn/16 = 小数部分 = 0.25

UFRACVALn = 4

4. 设置传输格式：ULCONn寄存器(UART LINE CONTROL)

ULCONn 寄存器 (n 为 0～4) 格式如下图所示：

 

5. 设置UART工作模式：UCONn寄存器(UART CONTROL)

 

 

6. UFCONn寄存器(UART FIFO CONTROL)、UFSTATn寄存器(UART FIFO STATUS)

        UFCON n寄存器用于设置是否使用FIFO，设置各 FIFO的触发阀值，即发送 FIFO中有多少个数据时产生中断、接收 FIFO 中有多少个数据时产生中断。并可以通过设置UFCON n寄存器来复位各个 FIFO 。

        读取 UFSTAT n寄存器可以知道各个 FIFO 是否已经满、其中有多少个数据。

不使用 FIFO 时，可以认为 FIFO 的深度为1，使用 FIFO 时 Exynos4412 的 FIFO 深度最高可达到256 。


7. UMCONn寄存器(UART MODEM CONTROL)、UMSTATn寄存器(UART MODEM STATUS)

       这两类寄存器用于流量控制，这里不介绍。


8. UTRSTATn寄存器(UART TX/RX STATUS)

       UTRSTAT n寄存器用来表明数据是否已经发送完毕、是否已经接收到数据，格式如下表所示，下面说的“缓冲区”，其实就是下图中的 FIFO ，不使用 FIFO 功能时可以认为其深度为 1。

 

9. UERSTATn寄存器(UART ERROR STATUS)

      用来表示各种错误是否发生，位 [0] 至位 [3] 为 1时分别表示溢出错误、校验错误、帧错误、检测到“ break ”信号。读取这个寄存器时，它会自动清 0。

      需要注意的是，接收数据时如果使用 FIFO ，则 UART 内部会使用一个“错误 FIFO ”来表明接收 FIFO 中哪个数据在接收过程发生了错误。 CPU 只有在读出这个错误的数据时，才会觉察到发生了错误 。要想清除“FIFO ”，则必须读出错误的数据，并读出UERSTATn 寄存器。

 

10. UTXHn寄存器(UART TRANSMIT BUFFER REGISTER)

       CPU 将数据写入这个寄存器， UART即会将它保存到缓冲区中，并自动发送出去。

 

11. URXHn寄存器(UART RECEIVE BUFFER REGISTER)

      当 UART 接收到数据时，读取这个寄存器，即可获得数据。

 

三、示例程序编写

#include "exynos_4412.h"

void delay_ms(unsigned int time);
void sendch(const char ch);
void sendstr(const char *str);
void recvch(char *ch);
void recvstr(char *str);

void myuart_init(void)
{
    //设置引脚功能 UART RX TX
    GPA1.CON = GPA1.CON & ~0xff | 0x22;
    //设置传输格式  无校验 停止位：1 数据位：8
    UART2.ULCON2 = UART2.ULCON2 & ~0x7f | 0x3;
    //设置接收、发送方式
    UART2.UCON2 = UART2.UCON2 & ~0xf | 0x5;
    //设置波特率 115200
    UART2.UBRDIV2 = 53;
    UART2.UFRACVAL2 = 4;
    //DIV_VAL = (SCLK_UART / (bps * 16)) - 1
}

int main()
{
    char buf[] = "uart send: hello world!\r\n";
    char recvbuf[100];
    myuart_init();

    while(1)
    {
        sendstr(buf);
        delay_ms(1000);
    }

    return 0;
}

void delay_ms(unsigned int time)
{
    int i, j;
    while(time--)
    for(i = 0; i < 5; i++)
        for(j = 0; j < 610; j++);
}
void sendch(const char ch)
{
    /*等待发送器发送完成*/
    while(!(UART2.UTRSTAT2 & 0x2));
    UART2.UTXH2 = ch;
    if (ch == ‘\n‘)
    {
        sendch(‘\r‘);
    }
}

void sendstr(const char *str)
{
    while(*str != ‘\0‘)
    {
        sendch(*str++);
    }
}

void recvch(char *ch)
{
    /*等待接收完成*/
    while(!(UART2.UTRSTAT2 & 0x1));
    *ch = UART2.URXH2;
}

void recvstr(char *str)
{
    while(1)
    {
        recvch(str);
        if(*str == ‘\r‘ )
        {
            *str = ‘\0‘;
            break;
        }
        str++;
    }
}