什么是uart

什么是uart

1.UART協(xié)議的工作特點(diǎn)
1.1數(shù)據(jù)采樣
    UART協(xié)議是實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間低速數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。因發(fā)送時(shí)不需同時(shí)發(fā)送時(shí)鐘，故此協(xié)議為異步。UART鏈接典型為38400，9600波特 。
如圖1，UART字符格式為1個(gè)起始位，5~8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)地址位或奇偶位(可選)，1個(gè)停止位。
    由于接收器、發(fā)送器異步工作，無(wú)需聯(lián)接接收和發(fā)送時(shí)鐘。接收器采取對(duì)輸入數(shù)據(jù)流高度采樣方式，通常采樣為16，并根據(jù)采樣值確定位值。按慣例，使用16個(gè)采樣值的中間三個(gè)值。
1.2 UART幀區(qū)分
    UART一參數(shù)MAX-IDL，用來(lái)設(shè)置空閑字符的多少。一旦一字符在線上被接收，UART控制器開(kāi)始計(jì)數(shù)接收到的空閑字符。若下一數(shù)據(jù)字符接收前，一MAX-IDL多個(gè)空閑字符被接收，則產(chǎn)生空閑時(shí)間，緩沖區(qū)被關(guān)閉。順次對(duì)CPU32+核心發(fā)出一中斷請(qǐng)求，要求從緩沖區(qū)接收數(shù)據(jù)。因此，MAX-IDL給UART模式提供一區(qū)分幀的便利方法。
    空閑字符按以下公式計(jì)算其位數(shù)：1(起始)+數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(5，6，7，8)+1(若奇偶校驗(yàn)被使用)+停止位(1)。例如，1個(gè)(起始)，8位數(shù)據(jù)，無(wú)校驗(yàn)，1個(gè)停止位，則空閑字符MAX-IDL為10位。
1.3 UART地址識(shí)別
    多站系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)上可能會(huì)有兩個(gè)以上的站，每個(gè)站有一特定的地址。圖2為此種結(jié)構(gòu)的兩個(gè)示例。由許多字符構(gòu)成的幀可被廣播，其第一字符做為目的地址。為實(shí)現(xiàn)此功能，UART幀被擴(kuò)展一位，以區(qū)別地址字符和正常數(shù)據(jù)字符。
    UART可被設(shè)置為操作于一多站環(huán)境，此環(huán)境下，支持以下兩種模式：
自動(dòng)多站模式 當(dāng)?shù)刂酚趦蓚€(gè)預(yù)置值之一相匹配時(shí)，UART控制器自動(dòng)檢查到來(lái)地址字符，接收隨后的數(shù)據(jù)。
    非自動(dòng)多站模式 UART控制器接收所有數(shù)據(jù)。一地址字符總被寫(xiě)入一新緩沖區(qū)。
    綜上所述，UART協(xié)議采取一種通過(guò)數(shù)據(jù)采樣來(lái)確定位值的機(jī)理，具有簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的定幀模式，而且廣泛用于多站系統(tǒng)中，具有自動(dòng)多站和非自動(dòng)多站兩種模式，來(lái)區(qū)分地址和數(shù)據(jù)。
2.幾種重要寄存器
    在嵌入式開(kāi)發(fā)中，對(duì)寄存器的理解和正確配置至關(guān)重要。對(duì)MPC860的UART協(xié)議，有幾個(gè)重要寄存器，它們是：管足配置寄存器、波特率配置寄存器、通信處理命令寄存器、SCC通用模式寄存器、發(fā)送和接收緩沖區(qū)描述器、UART的特定參數(shù)、SCC協(xié)議專用模式寄存器、SCC協(xié)議事件寄存器、UART屏蔽寄存器。
    管足配置寄存器一般是針對(duì)收、發(fā)兩根管足，有開(kāi)漏寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、數(shù)據(jù)方向寄存器，它們可被設(shè)置為具有串行信道輸出的能力和被設(shè)置為輸入輸出口。波特率配置寄存器負(fù)責(zé)把波特率指向所用的串口和配置波特率大小。通信處理命令寄存器主要用于判斷命令的發(fā)出是否和阻止傳送。SCC通用模式寄存器主要用于協(xié)議的選擇和傳輸格式的配置。發(fā)送和接收緩沖區(qū)描述器主要用于收發(fā)數(shù)據(jù)和判斷接收的是地址還是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤情況等。UART的特定參數(shù)用來(lái)部分初始化UART。SCC協(xié)議專用模式寄存器主要用于設(shè)置UART處于自動(dòng)多站和非自動(dòng)多站模式。事件寄存器主要用于判斷是收中斷還是發(fā)中斷。屏蔽寄存器主要用于收、發(fā)使能。
    因此，對(duì)UART協(xié)議來(lái)說(shuō)，上面幾種寄存器是很重要的，它們主要完成波特率配置，協(xié)議的選擇，收發(fā)判斷處理等。

UART & RS232 & COM
    UART是通用異步收發(fā)器（異步串行通信口）的英文縮寫(xiě)，它包括了RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，即UART是異步串行通信口的總稱。
    而RS232、RS499、RS423、RS422和RS485等，是對(duì)應(yīng)各種異步串行通信口的接口標(biāo)準(zhǔn)和總線標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了通信口的電氣特性、傳輸速率、連接特性和接口的機(jī)械特性等內(nèi)容。實(shí)際上是屬于通信網(wǎng)絡(luò)中的物理層（最底層）的概念，與通信協(xié)議沒(méi)有直接關(guān)系。而通信協(xié)議，是屬于通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)鏈路層（上一層）的概念。
    COM口是PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）上，異步串行通信口的簡(jiǎn)寫(xiě)。由于歷史原因，IBM的PC外部接口配置為RS232，成為實(shí)際上的PC界默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。所以，現(xiàn)在PC機(jī)的COM口均為RS232。

        UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）即通用異步收發(fā)傳輸器，工作于數(shù)據(jù)鏈路層。包含了RS－232、RS－422、RS－485串口通信和紅外(IrDA) 等等。UART協(xié)議作為一種低速通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域等各種場(chǎng)合。UART基本可分為并口通信及串口通信兩種。

         異步串口通信協(xié)議作為UART的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字符一位接一位地傳輸。圖一給出了其工作模式：

圖 一

    其中各位的意義如下：
    起始位：先發(fā)出一個(gè)邏輯”0”的信號(hào)，表示傳輸字符的開(kāi)始。
    資料位：緊接著起始位之后。資料位的個(gè)數(shù)可以是4、5、6、7、8等，構(gòu)成一個(gè)字符。通常采用ASCII碼。從最低位開(kāi)始傳送，靠時(shí)鐘定位。
    奇偶校驗(yàn)位：資料位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))，以此來(lái)校驗(yàn)資料傳送的正確性。
    停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志?？梢允?位、1.5位、2位的高電平。
    空閑位：處于邏輯“1”狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒(méi)有資料傳送。
    波特率：是衡量資料傳送速率的指針。表示每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。例如資料傳送速率為120字符/秒，而每一個(gè)字符為10位，則其傳送的波特率為10×120＝1200字符/秒＝1200波特。

         在嵌入式系統(tǒng)或者計(jì)算機(jī)中，并非直接對(duì)串口直接進(jìn)行，而是通過(guò)SCI （串行通訊接口）模塊對(duì)其進(jìn)行控制。（注：“SCI”首先由Motorola微串口微控制器而得名，SCI另一種說(shuō)法是“UART控制器”）常用的許多芯片中都包含了SCI ,例如ARM的S3C2410X芯片內(nèi)嵌了3個(gè)串行接口控制器，而Nios等軟核芯片則可以用選用UART(RS232) 的IP對(duì)UART進(jìn)行控制。PC機(jī)則常用 16650 UART,16750 UART等控制串口。

如果實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟件UART時(shí)，在UART檢查端口管腳的串行活動(dòng)時(shí)，需要占用大量時(shí)間，讓?xiě)?yīng)用程序停滯，這會(huì)使得軟件UART沒(méi)有意義。好在情況并非如此，我們來(lái)看看標(biāo)準(zhǔn)的10位異步串行協(xié)議(包含一個(gè)起始位，一個(gè)停止位和8個(gè)數(shù)據(jù)位)收發(fā)一個(gè)字符時(shí)的情況(如圖1所示)。

圖1：標(biāo)準(zhǔn)的10位異步串行協(xié)議收發(fā)字符時(shí)的時(shí)序圖。

在啟動(dòng)一次發(fā)送或接收操作之后，串行UART(不論是軟件還是硬件形式的UART)并不需要連續(xù)監(jiān)控I/O線。在發(fā)送一個(gè)字符時(shí)，每個(gè)位周期，UART只需驅(qū)動(dòng)一次發(fā)送信號(hào)線的狀態(tài)，從起始位到8個(gè)數(shù)據(jù)位直到結(jié)束位依次設(shè)置每個(gè)位的電平。在接收一個(gè)字符時(shí)，UART在第一個(gè)下降沿開(kāi)始工作，之后只需在每個(gè)位時(shí)隙的中央對(duì)接收線上的信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行一次采樣。

我們可以用一對(duì)狀態(tài)機(jī)來(lái)表征軟件UART的行為，一個(gè)狀態(tài)機(jī)用于發(fā)送字符，另一個(gè)用于接收字符。對(duì)一個(gè)全雙工的UART而言，這兩個(gè)狀態(tài)機(jī)是并行運(yùn)行的，需要兩個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器中斷。這兩個(gè)狀態(tài)機(jī)都有主動(dòng)和被動(dòng)兩種模式。發(fā)送狀態(tài)機(jī)在收到一個(gè)需發(fā)送的字符時(shí)跳出空閑狀態(tài)，在結(jié)束位發(fā)送之后回到空閑狀態(tài)。接收狀態(tài)機(jī)在檢測(cè)到接收線上的一個(gè)下降沿時(shí)跳出空閑狀態(tài)。在檢測(cè)到這個(gè)初始的低電平狀態(tài)之后(該狀態(tài)指示起始位已經(jīng)開(kāi)始)，開(kāi)始對(duì)位時(shí)隙進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)，同時(shí)按要求采樣信號(hào)線上的每個(gè)信號(hào)位，包括停止位。

為了避免不必要地占用主應(yīng)用過(guò)多的時(shí)間，UART狀態(tài)機(jī)應(yīng)該由一些周期性的基于定時(shí)器的中斷來(lái)激活。接收線上初始下降沿的檢測(cè)需要利用一個(gè)邊沿觸發(fā)的外部中斷單獨(dú)處理。如果一個(gè)狀態(tài)機(jī)的定時(shí)器被設(shè)置為每個(gè)比特周期發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求，那么該狀態(tài)機(jī)在每次中斷被觸發(fā)時(shí)能夠執(zhí)行任何需要的操作(而且如果需要，還能進(jìn)入到下一個(gè)狀態(tài))。用于實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的代碼應(yīng)盡可能優(yōu)化，因?yàn)橹灰浖ART處于活動(dòng)狀態(tài)，這些代碼就會(huì)在后臺(tái)連續(xù)運(yùn)行。