JZ2440开发板——S3C2440的UART的使用

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一、UART硬件简介

UART，全称是“Universal Asynchronous Receiver Transmitter”，即“通用异步收发器”，也就是我们日常说的“串口”。

它在嵌入式中用途非常广泛，主要包括：

（1）打印调试信息。

（2）外接各种模块，比如GPS、蓝牙等模块。

UART广受欢迎，因为其结构简单、稳定可靠，通过三根线即可，即发送线、接收线、接地线。

二、数据传输流程

2.1 串口的参数

2.2 数据传输流程

2.3 举例说明（传输字符'A'）

这里先简单说一下 TTL/CMOS 电平标准、RS232电平标准：

电平信号是用信号线电平减去参考线电平得到电压差，再由这个电压差决定传输值是1还是0。但是在电平信号时多少V代表1，多少V代表0不是固定的，取决于电平标准。有两个电平标准，即RS232 电平标准和 TTL/CMOS 电平标准。

TTL/CMOS电平标准中，+5V表示1，0V表示0（其实应该是一个电压范围表示1，比如+5V~+3V，而不是只有+5V才表示1，同理0也是）。

RS232电平标准中，-3V～-15V（-12V？）表示1，+3～+15V（+12V）表示0。 

电平标准	如何表示"1"	如何表示“0”
TTL/CMOS电平	+5V ~ X	0V ~ Y
RS232	-3V ~ -15V（-12V）	+3～+15V（+12V）

RS232的电平比TTL/CMOS电平高，抗干扰性更强，能传输更远的距离，因此在工业上用的比较多。

比如字符'A'，其对应的编码是0x41，或者0b01000001。采用不同电平标准，其传输的流程如下：

步骤细述如下： 

三、看原理图确定硬件如何连接

（1）ARM芯片上的串口都是TTL电平的，然后通过板子上或者外接的电平转换芯片，转换为RS232接口，连接到电脑的RS232串口上。

比如MINI2440开发板，其串口连接方式如下：

（2）现在的电脑很少配置有采用RS232电平的串口接口 ，但几乎都配置有usb口。因此可以使用USB串口芯片，将ARM芯片上的TTL电平，转换为USB串口协议。也就是开发板可以通过USB口与电脑进行通信。

比如JZ2440，串口连接方式如下： 

由原理图可以看出，JZ2440开发板上将三个串口全部引出，其中UART0设置了板载的USB转串口电路，只需连接板上的USB口就可以，所以接下来我们使用UART0进行数据收发实验。 

四、看芯片手册进行寄存器设置

4.1 设置引脚为UART功能（GPHCON）、开启片内上拉（GPHUP）

由原理可知，UART0的TXD0对应着GPH2引脚，RXD0对应着GPH3引脚。

这两个引脚都是普通的GPIO引脚，因此需要设置引脚复用功能，设置为UART0的引脚：

 

由于串口的两根信号线在空闲的时候需要保持高电平，所以要开启这两个引脚的片内上拉电阻：

4.2 设置串口数据帧的格式（ULCONn寄存器）

我们可以通过ULCONn寄存器，来设置串口数据帧的格式。

比如是否采用红外模式、校验模式、停止位宽度、数据位宽度等内容。

这里的n=0，表示设置串口0的数据帧格式，红框圈出的是编程时采用的设置。 

4.3 设置波特率（UBRDIVn寄存器）

比如已知串口所用的时钟源 PCLK=50Mhz，想要设置串口的波特率为115200bit/s，则UBRDIVn的值根据公式可以设置为26，如下所示：

UBRDIVn = (int)(50000000/(115200*16)) - 1
		= (int)(50000000/1843200) - 1
		= (int)(27.13) - 1
		= 27 - 1
		= 26

4.4 设置时钟源、接收/发送模式（UCONn寄存器）

在JZ2440开发板——S3C2440的时钟体系中，我们设置了时钟PCLK=50Mhz，所以这里在此基础上选择PCLK作为UART0的波特率发生器的时钟来源：

为了简单起见，不使用中断模式和DMA模式，直接采用查询模式（polling mode）：

4.5 发送 / 接收状态寄存器（UTRSTATn）

如下图所示，发送器包括发送缓冲寄存器、发送移位寄存器。UTRSTATn[2]=1时，表示发送器空，说明不仅发送缓冲寄存器为空，发送移位寄存器中也没有数据；UTRSTATn[1]=1时，只表示发送缓冲寄存器为空。因此我们一般通过判别 UTRSTATn[2] 是否为1，来判断是否发送完成（发送移位寄存器中没有数据，才说明发送完成）。另外我们通过 UTRSTATn[0] 是否为1，来判断是否收到数据。

4.6 发送缓冲寄存器（UTXHn）、接收缓冲寄存器（URXHn）

值得注意的是，在使用指针访问这两个寄存器时，不能使用int型指针，因为int型指针访问的是4个字节的数据，而此处只能访问 1 个字节数据，所以要使用char型指针：

#define UTXH0	(*(volatile unsigned char *)(0x50000020))  //UART 0 transmission hold 
#define URXH0	(*(volatile unsigned char *)(0x50000024))  //UART 0 receive buffer    

五、编程实践

5.1 相关代码文件

1、start.S文件

内容与JZ2440开发板——S3C2440的时钟体系中的start.S文件完全一致。

2、main.c文件

文件内容如下：

#include "s3c2440_soc.h"
#include "uart.h"

int main(void)
{
	unsigned char c;
	
	uart0_init();
	puts("Hello, world!\n\r");
	
	while(1)
	{
		c = getchar();
        
        //有些系统回车可能是'\r'，则输出'\n'来换行
		if (c == '\r')
		{
			putchar('\n');
		}
        //有些系统回车可能是'\n'，则输出'\r'来换行
		if (c == '\n')
		{
			putchar('\r');
		}

		putchar(c);
	}
	return 0;
}

3、uart.c文件

对GPHCON、GPHUP等寄存器进行的是位操作；对UCON0等寄存器，则是利用寄存器位查看小工具计算好之后对其进行赋值。这两者有什么区别或者优劣之分吗？ 

#include "s3c2440_soc.h"

/* 115200,8n1 */
void uart0_init()
{
	/* 设置引脚用于串口 */
	/* GPH2,3用于TxD0, RxD0 */
	GPHCON &= ~((3<<4) | (3<<6));
	GPHCON |= ((2<<4) | (2<<6));
	
	/* 使能内部上拉 */
	GPHUP &= ~((1<<2) | (1<<3));  
	
	/* PCLK,中断/查询模式 */
	UCON0 = 0x00000005; 
	
	/* 设置波特率 */
	/* UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1
	 *  UART clock = 50M
	 *  UBRDIVn = (int)( 50000000 / ( 115200 x 16) ) –1 = 26
	 */
	UBRDIV0 = 26;

	/* 设置数据格式 */
	ULCON0 = 0x00000003; /* 8n1: 8个数据位, 无较验位, 1个停止位 */

}

//通过串口0输出显示数字c对应的字符
int putchar(int c)
{
	/* UTRSTAT0、UTXH0 */
	//UTRSTAT0[2]为0时（表示发送器不为空），这个while会一直循环下去
	//这意味着发送器还在忙着其他发送任务，你要等它把其他数据发送结束，
    //才能接受你这次的数据传输
	while (!(UTRSTAT0 & (1<<2)));//某个数字m的第n位，其表达式是 m&(1<<n)
    //退出循环，表示上一次数据发送完毕了，可以开始你这次的数据传输了
	UTXH0 = (unsigned char)c;  //将数值写入UTXH0即可，会自动发送出去
                               //UTXH0是 unsigned char 类型，所以要转换
	
}

//通过串口0获取字符
int getchar(void)
{
	while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));//注意这个分号不能少（其实可以换一行写分号）
	return URXH0;
}

int puts(const char *s)
{
	while (*s)
	{
		putchar(*s);//这里*s是一个字符，即char类型，但putchar的参数是int类型
                    //传递时会自动转换？
		s++;
	}
}

5.2 烧写与运行

在uboot的shell界面选择n菜单，通过dnw+usb下载线的方式，（要想编译成功，Makefile文件中arm-linux-gcc命令后要添加-nostdlib选项）将上面编译生成的uart.bin文件烧写到NandFlash中，然后以NandFlash方式启动，显示如下：

Hello, world!  #固定输出这行内容。
abcdefg        #下面是你敲什么内容就显示什么内容。
123
38324ajlkdjalk
dasdjakdakjd

六、总结

1、理解了串口通信的协议（串口的参数、数据传输流程）；

2、掌握S3C2440这颗芯片的串口使用方法（如何编程使用串口）；

3、通过这个案例，掌握了分析某个芯片模块方法，即：
（1）看原理图确定硬件如何连接；

（2）看芯片手册进行寄存器设置。