一、UART模块介绍 本节我们主要介绍UART模块配置。 UART是一种通用串行数据总线,用于异步通信。该总线双向通信,可以实现全双工传输和接收。 1、UART工作原理 首先介绍几个定义: 波特率:在通信中定义的是单位时间码元的传输速率,而在UART协议下,一个码元就是一个bit。 UART数据传输格式及定义见下图所示: 发送数据过程:空闲状态,线路处于高电位;当收到发送数据指令后,拉低线路一个数据位的时间T,接着数据按低位到高位依次发送,数据发送完毕后,接着发送奇偶校验位和停止位(停止位为高电位),一帧资料发送结束。 接收数据过程:空闲状态,线路处于高电位;当检测到线路的下降沿(线路电位由高电位变为低电位)时说明线路有数据传输,按照约定的波特率从低位到高位接收数据,数据接收完毕后,接着接收并比较奇偶校验位是否正确,如果正确则通知后续设备准备接收数据或存入缓存。 由于UART是异步传输,没有传输同步时钟。为了能保证数据传输的正确性,UART采用16倍数据波特率的时钟进行采样。每个数据有16个时钟采样,取中间的采样值,以保证采样不会滑码或误码。一般UART一帧的数据位数为8,这样即使每个数据有一个时钟的误差,接收端也能正确地采样到数据。 由于UART是异步传输,没有传输同步时钟,为了能够保证数据传输的正确性,采用16倍数据波特率的时钟进行采样,也即一个bit采用16个系统时钟采样,在系统中采用一个计数器完成这个功能。例如系统时钟为150MHz,波特率为9600,采样一次也即计数器的计数周期,150000000/9600/16=976.5625,取977。那么实际波特率为150000000/977/16=9595.701,存在误差。也即如下这张图: 到此,相信你已经对UART模块有了一个初步的理解。 2、关于UART的FIFO FIFO的必要性。在进行UART通信时,中断方式比轮询方式要简便且效率高。但是,如果没有收发FIFO,则每传输一个数据(5~8位)都要中断处理一次,效率仍然不高。如果有了收发FIFO,则可以在连续收发若干个数据(可多至14个)后才产生一次中断,然后一起处理。这就大大提高了收发效率。 接收超时问题。如果没有接收超时功能,则在对方已经发送完毕而接收FIFO未填满时并不会触发中断(FIFO满才会触发中断),结果造成最后接收的有效数据得不到处理的问题。有了接收超时功能后,如果接收FIFO未填满而对方发送已经停,则在不超过3个数据的接收时间内就会触发超时中断,因此数据会照常得到处理。 发送时,只要发送FIFO不满,数据只管往里连续放,放完后就直接退出发送子程序。随后,FIFO真正发送完成后会自动产生中断,通知主程序说:我已经完成真正的发送。 接收时,如果对方是连续不间断发送,则填满FIFO后会以中断的方式通知主程序说:现在有一批数据来了,请处理。 如果对方是间断性发送,也不要紧,当间隔时间过长时(2~3个字符传输时间),也会产生中断,这次是超时中断,通知主程序说:对方可能已经发送完毕,但FIFO未满,也请处理。
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