嵌入式硬件篇---龙芯UART通信

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前言

本文简单介绍了龙芯中的uart通信以及使用方法。

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一、代码结构解析

1. 头文件部分

#include <stdio.h>       // 标准输入输出
#include <stdlib.h>      // 系统函数库（如system）
#include <time.h>        // 时间相关函数
#include <unistd.h>      // POSIX API（如usleep）
#include <fcntl.h>       // 文件控制（如open）
#include <termios.h>     // 串口配置结构体
#include <errno.h>       // 错误号定义
#include <string.h>      // 字符串操作
#include <sys/mman.h>    // 内存映射
#include <sys/types.h>   // 系统数据类型
#include <sys/stat.h>    // 文件状态

作用

作用：包含Linux环境下串口通信和系统操作所需的头文件。

2. 宏定义与全局变量

#define EXPORT "/sys/class/gpio/export"  // GPIO导出路径
#define DEV_NAME "/dev/ttyS2"            // 龙芯UART设备节点
#define pwm1 1                           // PWM通道定义

龙芯特性

1. 龙芯处理器（如LS2K1000）的UART设备节点通常为**/dev/ttyS0~ /dev/ttyS3**，对应硬件UART0~UART3。
2. PWM通道路径需根据具体硬件确定，可能与SoC的PWM控制器映射相关。

3. 主函数流程

int main() {
    // 初始化UART
    uart_fd = open_port(DEV_NAME);        // 打开串口设备
    set_port(uart_fd, 115200, 8, 'N', 1); // 配置波特率等参数
    
    while(1) {
        usleep(500000);                  // 延时500ms
        memset(read_buf, 0, sizeof(read_buf));
        tcflush(uart_fd, TCOFLUSH);       // 清空缓冲区
        nread = read(uart_fd, read_buf, 4);// 尝试读取数据
        write_buf[0] = 6;                 // 发送数据6
        Uart_Send(uart_fd, write_buf, 1); // 发送单字节
    }
}

关键点

1. tcflush(uart_fd, TCOFLUSH)用于清空输出缓冲区，确保发送数据无残留。
2. 龙芯UART的时钟源由CPU时钟分频而来，需确保波特率计算值与实际硬件匹配。

4. UART发送函数

int Uart_Send(int fd, char *send_buf, int data_len) {
    return write(fd, send_buf, data_len); // 直接调用系统写函数
}

龙芯实现

龙芯UART驱动基于8250驱动框架，用户空间通过write()直接操作设备节点。

5. 串口配置函数（set_port）

int set_port(int fd, int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop) {
    struct termios newtio;
    // 配置数据位、校验位、停止位
    newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD; // 本地连接+使能接收
    // 波特率设置（关键代码段）
    cfsetospeed(&newtio, B115200);    // 输出波特率
    cfsetispeed(&newtio, B115200);    // 输入波特率
    // 应用配置
    tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio);
}

龙芯注意事项

1.波特率精度依赖时钟分频器，需在硬件设计中确认UART时钟源频率。
2.若需更高波特率（如3Mbps），可能需要修改内核驱动中的分频参数。

6. GPIO控制函数

void export_gpio(int gpio) {
    system("echo XX > /sys/class/gpio/export"); // 通过sysfs操作
}

龙芯GPIO特性

1.GPIO编号需参考具体开发板手册，如LS2K1000的GPIO可能按Bank分组管理。

2.部分GPIO可能复用为其他功能（如UART），需配置引脚复用寄存器。

7. PWM控制函数

int pwm_config(unsigned int pwm, unsigned int period, duty_cycle) {
    // 通过sysfs设置周期和占空比
    write(fd, buf_p, len_p); // 写入period值
    write(fd, buf_d, len_d); // 写入duty_cycle
}

龙芯PWM实现

1.PWM控制器可能集成在SoC中，需内核启用pwm-ls等专用驱动。
2.周期（period）单位通常为纳秒（ns），需根据硬件限制设置合理值。

二、龙芯UART深度解析

1. 硬件架构

控制器类型

控制器类型：龙芯UART兼容NS16550A标准，支持DMA和FIFO模式。

时钟源

时钟源：通常由APB总线时钟分频得到，例如LS2K1000的APB时钟为100MHz。

寄存器映射

寄存器映射：通过内存映射访问，用户空间无需直接操作寄存器。

2. 关键寄存器

寄存器 功能 偏移地址
RBR 接收缓冲 0x00
THR 发送保持 0x00
IER 中断使能 0x01
FCR FIFO控制 0x02
LCR 线路控制 0x03
MCR Modem控制 0x04
LSR 线路状态 0x05

3. 驱动配置

内核配置

内核配置：确保启用CONFIG_SERIAL_8250和CONFIG_SERIAL_8250_CONSOLE。

设备树配置

设备树配置：
uart0: serial@1fe40000 {
compatible = “ns16550a”;
reg = <0x1fe40000 0x100>;
interrupts = <8>;
clock-frequency = <100000000>; // APB时钟
};

4. 波特率计算

公式

公式：波特率 = 时钟频率 / (16 * 分频系数)

示例

示例：若时钟为100MHz，要求115200波特率：
分频系数 = 100000000 / (16 * 115200) ≈ 54.25
实际写入分频寄存器值：54（误差约0.46%）

三、代码优化建议

错误处理增强

// 在open_port中添加重试逻辑
int open_port(char *dir) {
    int fd, retries = 3;
    while(retries--) {
        fd = open(dir, O_RDWR | O_NOCTTY);
        if(fd >= 0) return fd;
        usleep(100000); // 等待100ms重试
    }
    return -1;
}

非阻塞读取优化

// 使用select实现超时读取
fd_set readset;
FD_ZERO(&readset);
FD_SET(uart_fd, &readset);
struct timeval timeout = {0, 500000}; // 500ms超时
if(select(uart_fd+1, &readset, NULL, NULL, &timeout) > 0) {
    read(uart_fd, buf, len);
}

PWM配置封装

void pwm_init(int pwm, int period, int duty) {
    pwm_export(pwm);
    pwm_config(pwm, period, duty);
    pwm_enable(pwm);
}

四、龙芯开发注意事项

串口引脚复用

确认硬件设计中UART的TX/RX引脚未被复用为GPIO或其他功能，需通过PINCTRL配置。

DMA模式启用

对于高速传输（>1Mbps），可在内核驱动中启用DMA模式：

// 修改驱动源码（drivers/tty/serial/8250/8250_port.c）
up->dma = dma_request_slave_channel(dev, "rx-tx");

硬件流控配置

若需RTS/CTS流控，在termios中设置：

newtio.c_cflag |= CRTSCTS;

系统稳定性

长时间运行需监控UART错误状态：

int status;
ioctl(uart_fd, TIOCMGET, &status);
if(status & TIOCM_CTS) { /* 处理CTS状态 */ }

以上分析结合了代码逻辑与龙芯平台特性，实际开发中需参考具体硬件手册调整参数。

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