嵌入式Linux开发7——UART串口通讯
作者：互联网
1. 背景知识
1.1 UART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。UART为异步串行收发器。
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。
具体通讯格式如下图所示：
1.2 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。
1.3 I.MX6U UART简介
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)
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。
通过设置寄存器UARTx_UFCR 、 UARTx_UBIR 和 UARTx_UBMR，可以得到我们想要的波特率。寄存器UARTx_UFCR 中我们要用到的是位 RFDIV(bit9:7)，用来设置参考时钟分频，而UBMR、UBIR直接使用UARTx_UBIR 和 UARTx_UBMR寄存器中的值，计算公式如下：
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。
综上所述，UART1的配置步骤如下：
1、设置 UART1 的时钟源
设置 UART 的时钟源为 pll3_80m，设置寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL 位为 0即可。
2、初始化 UART1
初始化 UART1 所使用 IO，设置 UART1 的寄存器 UART1_UCR1~UART1_UCR3，设置内容包括波特率，奇偶校验、停止位、数据位等等。
3、使能 UART1
UART1 初始化完成以后就可以使能 UART1 了，设置寄存器 UART1_UCR1 的位 UARTEN为 1。
4、编写 UART1 数据收发函数
编写两个函数用于 UART1 的数据收发操作。
2. 代码编写
我们在UART的c文件中总共编写10个函数， uart_init用于初始化 UART1 相关的 IO、并且设置 UART1的波特率、字长、停止位和校验模式等，最后使能UART1。uart_io_init，用于初始化 UART1 所使用的 IO。uart_setbaudrate是从NXP官方的SDK包中移植过来的，用于设置波特率。uart_disable 和uart_enable，分别是使能和关闭 UART1。第 6 个函数是 uart_softreset，用于软件复位指定的 UART。第七个函数是putc，用于通过UART1发送一个字节的数据。第八个函数是puts，用于通过UART1发送一串数据。第九个函数是 getc，用于通过 UART1 获取一个字节的数据，最后一个函数是raise，这是一个空函数，防止编译器报错。
/*
* @description : 初始化串口1,波特率为115200
* @param : 无
* @return : 无
*/
void uart_init(void)
{
/* 1、初始化串口IO */
uart_io_init();
/* 2、初始化UART1 */
uart_disable(UART1); /* 先关闭UART1 */
uart_softreset(UART1); /* 软件复位UART1 */
UART1->
UCR1 = 0; /* 先清除UCR1寄存器 */
/*
* 设置UART的UCR1寄存器，关闭自动波特率
* bit14: 0 关闭自动波特率检测,我们自己设置波特率
*/
UART1->UCR1 &= ~(1<<14);
/*
* 设置UART的UCR2寄存器，设置内容包括字长，停止位，校验模式，关闭RTS硬件流控
* bit14: 1 忽略RTS引脚
* bit8: 0 关闭奇偶校验
* bit6: 0 1位停止位
* bit5: 1 8位数据位
* bit2: 1 打开发送
* bit1: 1 打开接收
*/
UART1->UCR2 |= (1<<14) | (1<<5) | (1<<2) | (1<<1);
/*
* UART1的UCR3寄存器
* bit2: 1 必须设置为1！参考IMX6ULL参考手册3624页
*/
UART1->UCR3 |= 1<<2;
/*
* 设置波特率
* 波特率计算公式:Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1))
* 如果要设置波特率为115200，那么可以使用如下参数:
* Ref Freq = 80M 也就是寄存器UFCR的bit9:7=101, 表示1分频
* UBMR = 3124
* UBIR = 71
* 因此波特率= 80000000/(16 * (3124+1)/(71+1))=80000000/(16 * 3125/72) = (80000000*72) / (16*3125) = 115200
*/
UART1->UFCR = 5<<7; //ref freq等于ipg_clk/1=80Mhz
UART1->UBIR = 71;
UART1->UBMR = 3124;
#if 0
uart_setbaudrate(UART1, 115200, 80000000); /* 设置波特率 */
#endif
/* 使能串口 */
uart_enable(UART1);
}
/*
* @description : 初始化串口1所使用的IO引脚
* @param : 无
* @return : 无
*/
void uart_io_init(void)
{
/* 1、初始化IO复用
* UART1_RXD -> UART1_TX_DATA
* UART1_TXD -> UART1_RX_DATA
*/
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0); /* 复用为UART1_TX */
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0); /* 复用为UART1_RX */
/* 2、配置UART1_TX_DATA、UART1_RX_DATA的IO属性
*bit 16:0 HYS关闭
*bit [15:14]: 00 默认100K下拉
*bit [13]: 0 keeper功能
*bit [12]: 1 pull/keeper使能
*bit [11]: 0 关闭开路输出
*bit [7:6]: 10 速度100Mhz
*bit [5:3]: 110 驱动能力R0/6
*bit [0]: 0 低转换率
*/
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0x10B0);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0x10B0);
}
/*
* @description : 波特率计算公式，
* 可以用此函数计算出指定串口对应的UFCR，
* UBIR和UBMR这三个寄存器的值
* @param - base : 要计算的串口。
* @param - baudrate : 要使用的波特率。
* @param - srcclock_hz :串口时钟源频率，单位Hz
* @return : 无
*/
void uart_setbaudrate(UART_Type *base, unsigned int baudrate, unsigned int srcclock_hz)
{
uint32_t numerator = 0u; //分子
uint32_t denominator = 0U; //分母
uint32_t divisor = 0U;
uint32_t refFreqDiv = 0U;
uint32_t divider = 1U;
uint64_t baudDiff = 0U;
uint64_t tempNumerator = 0U;
uint32_t tempDenominator = 0u;
/* get the approximately maximum divisor */
numerator = srcclock_hz;
denominator = baudrate << 4;
divisor = 1;
while (denominator != 0)
{
divisor = denominator;
denominator = numerator % denominator;
numerator = divisor;
}
numerator = srcclock_hz / divisor;
denominator = (baudrate << 4) / divisor;
/* numerator ranges from 1 ~ 7 * 64k */
/* denominator ranges from 1 ~ 64k */
if ((numerator > (UART_UBIR_INC_MASK * 7)) || (denominator > UART_UBIR_INC_MASK))
{
uint32_t m = (numerator - 1) / (UART_UBIR_INC_MASK * 7) + 1;
uint32_t n = (denominator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
uint32_t max = m > n ? m : n;
numerator /= max;
denominator /= max;
if (0 == numerator)
{
numerator = 1;
}
if (0 == denominator)
{
denominator = 1;
}
}
divider = (numerator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
switch (divider)
{
case 1:
refFreqDiv = 0x05;
break;
case 2:
refFreqDiv = 0x04;
break;
case 3:
refFreqDiv = 0x03;
break;
case 4:
refFreqDiv = 0x02;
break;
case 5:
refFreqDiv = 0x01;
break;
case 6:
refFreqDiv = 0x00;
break;
case 7:
refFreqDiv = 0x06;
break;
default:
refFreqDiv = 0x05;
break;
}
/* Compare the difference between baudRate_Bps and calculated baud rate.
* Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)).
* baudDiff = (srcClock_Hz/divider)/( 16 * ((numerator / divider)/ denominator).
*/
tempNumerator = srcclock_hz;
tempDenominator = (numerator << 4);
divisor = 1;
/* get the approximately maximum divisor */
while (tempDenominator != 0)
{
divisor = tempDenominator;
tempDenominator = tempNumerator % tempDenominator;
tempNumerator = divisor;
}
tempNumerator = srcclock_hz / divisor;
tempDenominator = (numerator << 4) / divisor;
baudDiff = (tempNumerator * denominator) / tempDenominator;
baudDiff = (baudDiff >= baudrate) ? (baudDiff - baudrate) : (baudrate - baudDiff);
if (baudDiff < (baudrate / 100) * 3)
{
base->UFCR &= ~UART_UFCR_RFDIV_MASK;
base->UFCR |= UART_UFCR_RFDIV(refFreqDiv);
base->UBIR = UART_UBIR_INC(denominator - 1); //要先写UBIR寄存器，然后在写UBMR寄存器，3592页
base->UBMR = UART_UBMR_MOD(numerator / divider - 1);
}
}
/*
* @description : 关闭指定的UART
* @param - base: 要关闭的UART
* @return : 无
*/
void uart_disable(UART_Type *base)
{
base->UCR1 &= ~(1<<0);
}
/*
* @description : 打开指定的UART
* @param - base: 要打开的UART
* @return : 无
*/
void uart_enable(UART_Type *base)
{
base->UCR1 |= (1<<0);
}
/*
* @description : 复位指定的UART
* @param - base: 要复位的UART
* @return : 无
*/
void uart_softreset(UART_Type *base)
{
base->UCR2 &= ~(1<<0); /* UCR2的bit0为0，复位UART */
while((base->UCR2 & 0x1) == 0); /* 等待复位完成 */
}
/*
* @description : 发送一个字符
* @param - c : 要发送的字符
* @return : 无
*/
void putc(unsigned char c)
{
while(((UART1->USR2 >> 3) &0X01) == 0);/* 等待上一次发送完成 */
UART1->UTXD = c & 0XFF; /* 发送数据 */
}
/*
* @description : 发送一个字符串
* @param - str : 要发送的字符串
* @return : 无
*/
void puts(char *str)
{
char *p = str;
while(*p)
putc(*p++);
}
/*
* @description : 接收一个字符
* @param : 无
* @return : 接收到的字符
*/
unsigned char getc(void)
{
while((UART1->USR2 & 0x1) == 0);/* 等待接收完成 */
return UART1->URXD; /* 返回接收到的数据 */
}
/*
* @description : 防止编译器报错
* @param : 无
* @return : 无
*/
void raise(int sig_nr)
{
}
我们只需要在main.c函数中调用uart_init，而后在while循环中接受PC机传来的字符并将其回发，在PC端的串口调试助手中显示出来。
/*
* @description : main函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
int main(void)
{
unsigned char a=0;
unsigned char state = OFF;
int_init(); /* 初始化中断(一定要最先调用！) */
imx6u_clkinit(); /* 初始化系统时钟 */
delay_init(); /* 初始化延时 */
clk_enable(); /* 使能所有的时钟 */
led_init(); /* 初始化led */
beep_init(); /* 初始化beep */
uart_init(); /* 初始化串口，波特率115200 */
while(1)
{
puts("请输入1个字符:");
a=getc();
putc(a); //回显功能
puts("\r\n");
//显示输入的字符
puts("您输入的字符为:");
putc(a);
puts("\r\n\r\n");
state = !state;
led_switch(LED0,state);
}
return 0;
}
最终，我们在串口调试程序SecureCRT中发现I.MX6U的串口1能够正常工作起来。
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