UART 2

UART

UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）即通用异步收发传输器，工作于数据链路层（协议层之一）。包含了RS－232、RS－422、RS－485串口通信和红外(IrDA)等等。UART协议作为一种低速通信协议，广泛应用于通信领域等各种场合。UART基本可分为并口通信及串口通信两种。 异步串口通信协议，工作原理是将传输数据的每个字符以串行方式一位接一位的传输。

图1给出了其工作模式： 图1UART工作原理 其中每一位（bit）的意义如下： 起始位：先发出一个逻辑“0”的信号，表示传输字符的开始。数据位：紧跟起始位之后。数据位的个数可以是4、5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCII码。从最低位开始传送，靠时钟来定位。 奇偶校验位：数据位加上这一位后（跟在数据位尾部），使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。 停止位：它是一个字符数据的结束标志。可以是1位、1.5位、2位的高电平（逻辑“1”）。 -2- 空闲位：处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据的传送。波特率：是衡量数据传输速率的指针。表示为每秒钟传送的二进制位数（bit数）。例如资料传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则其传送的波特率为10×120＝1200字符/秒＝1200波特。 软件UART控制：在嵌入式系统或者计算机中，并非直接对串口直接进行操作，而是通过SCI（串行通讯接口）模块对其进行控制。（注：“SCI”首先由Motorola微串口微控制器而得名，SCI另一种说法是“UART控制器”）常用的许多芯片中都包含了SCI，例如ARM的S3C2410X芯片内嵌了3个串行接口控制器，而Nios等软核芯片则可以用选用UART(RS232)的IP对UART进行控制。PC机则常用16650UART、16750UART等控制串口。 如果实现软件操作UART时，在UART检查端口管脚的串行活动时，需要占用大量时间，让应用程序停滞，这会使得软件UART没有意义。但情况并非如此，来看一下标准的10位异步串行协议(包含一个起始位，一个停止位和8个数据位)收发一个字符时的情况(如图2所示)。 图2标准10bitUART收发字符时序图 在启动一次发送或接收操作之后，串行UART(不论是软件还是 -3- 硬件形式的UART)并不需要连续监控I/O线。在发送一个字符时，每个位周期，UART只需驱动一次发送信号线的状态，从起始位到8个数据位直到结束位依次设置每个位的电平。在接收一个字符时，UART在第一个下降沿时开始工作，之后只需在每个位时隙的中央对接收线上的信号状态进行一次采样。 数字系统方面，我们可以用一对状态机来表征软件UART的行为，一个状态机用于发送字符，另一个用于接收字符。对一个全双工的UART而言，这两个状态机是并行运行的，需要两个独立的定时器中断。这两个状态机都有主动和被动两种模式。发送状态机在收到一个需发送的字符时跳出空闲状态，在结束位发送之后回到空闲状态。接收状态机在检测到接收线上的一个下降沿时跳出空闲状态。在检测到这个初始的低电平状态之后(该状态指示起始位已经开始)，开始对位时隙进行递减计数，同时按要求采样信号线上的每个信号位，包括停止位。 为了避免不必要地占用主应用过多的时间， UART状态机应该由一些周期性的基于定时器的中断来激活。接收线上初始下降沿的检测需要利用一个边沿触发的外部中断单独处理。如果一个状态机的定时器被设置为每个bit周期发出一个中断请求，那么该状态机在每次中断被触发时能够执行任何需要的操作(而且如果需要，还能进入到下一个状态)。用于实现状态机的代码应尽可能优化，因为只要软件UART处于活动状态，这些代码就会在后台连续运行。