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[嵌入式]【Linux】ARM篇六--UART串口通信实验

一、前言

本篇使用华清远见的FS4412开发板，进行串口通信实验，知识包含串口通信协议介绍、FS4412上的UART串口介绍，UART基本配置寄存器介绍，代码编写、开发板与电脑通信实验。
在【STM32】标准库与HAL库对照学习教程八–串口通信详解中，我已对串口以及通信的原理有详细的介绍，本篇文章这里不过赘述。

二、准备工作

FS4412开发板，我用的是华清远见的FS4412开发板
ubuntu下linux操作系统（包含交叉编译工具）
serial-com8程序烧入执行工具
开发板电路原理图、芯片手册
开发程序模板

开发板资料、交叉编译工具、程序烧入工具下载（包含教程）
开发板可选择到华清远见官网进行租赁。
工程模板文件下载

三、串口简介

UART:Universal Asynchronous Receiver Transmitter 即通用异步收发器，是一种通用的串行、异步通信总线
该总线有两条数据线，可以实现全双工的发送和接收
在嵌入式系统中常用于主机与辅助设备之间的通信

波特率
波特率用于描述UART通信时的通信速度，其单位为bps(bit per second)即每秒钟传送的bit的数量。

1、UART帧格式

在这里插入图片描述

2、UART硬件

2.1 UART硬件连接
在这里插入图片描述
牢记T接R，R接T

2.2 UART控制器

一般情况下芯片中都会集成UART控制器
我们使用UART进行通信时候只需对其内部的相关寄存器进行设置即可

2.3 引脚功能设置

设置引脚功能的实质是让引脚在芯片内部连接到某一个对应的控制器上
例如：引脚需要使用GPIO功能时，我们将引脚接到GPIO控制器上，需要使用串口功能时，我们将引脚接到串口控制器上

一个引脚可以有多个功能，我们称之为引脚的复用。

四、串口寄存器介绍

Exynos 4412 芯片中的通用异步接收和发送(UART)提供四个独立的通用的异步和串行输入/输出(I/O)端口通道(Ch0~3) 与一个全球定位系统(GPS)通讯的专用信道(Ch4)。所有的端口都在都可以配置中断与DMA模式。

UART配置包括:

可编程波特率
红外(IR)发射机/接收机
一个或两个停止位
5位、6位、7位或8位数据宽度和奇偶校验
可以配置FIFO缓存功能

UART有多种功能，例如:

数据传输
数据接收
中断的一代
波特率的一代
回环模式
红外模式
AFC

1、UART示意图

在这里插入图片描述

引用（4412手册完整版）SEC_Exynos 4412 SCP_Users Manual_Ver.0.10.00_Preliminary，第1384页

2、UART的寄存器

在这里插入图片描述

芯片内5个串口的基地址依次是：0x1380_0000, 0x1381_0000, 0x1382_0000, 0x1383_0000, 0x1384_0000，数据手册中只拿一个串口为例介绍寄存器，其他串口配置寄存器都是一样的，只是基地址不同。

3、 ULCONn (n = 0 to 4)寄存器

在这里插入图片描述
寄存器前7位是配置串口的，我们一般配置为：关闭红外模式、无校验位、一位数据停止位、8位数据长度，数据是000 0011 - 0x3。

4、 UCONn (n = 0 to 4)寄存器

在这里插入图片描述
其他位暂时用不到，现在我们只需要控制这两位

00：串口使能
01：中断模式或轮询模式
10：DMA模式
11：保留位

本次实验我们选择轮询模式，寄存器不断查看是否有发送数据与接收数据

5、 UTRSTATn (n = 0 to 4)寄存器

在这里插入图片描述
查看数据是否发送完成或是否接收完成。

0：缓存区数据为空
1：缓存区数据不为空

6、 UBRDIVn与UFRACVALn (n = 0 to 4)寄存器

波特率配置寄存器
在这里插入图片描述

bps：波特率
SCLK_UART：系统时钟频率，下列例子的40000000也就是40MHz
DIV_VAL：计算结果，UBRDIVn寄存器取DIV_VAL的整数，UFRACVALn寄存器取DIV_VAL的小数前两位*16
使用示例：

波特率我们配置为115200，Exynos 4412 芯片的时钟频率是100Mhz，因此将上面的例子中的400000000替换成100000000就行了。
UBRDIVn = 53
UFRACVALn = 4

五、串口编程

1、实验程序

程序功能：电脑通过串口发送一个字节数据给开发板，开发板通过串口返回这个字节数据+1给电脑。

/*
 * @Author: 修成真
 * @Date: 2022-04-20 16:07:44
 * @LastEditTime: 2022-04-20 16:09:58
 */
#include "exynos_4412.h"

/**
 * @description: 串口2初始化
 * @param {*}
 * @return {*}
 */
void UART2_Init()
{
	/* 1.改变引脚模式为UART模式 */
	GPA1.CON = GPA1.CON & (~(0xFF<<0)) | (0x22<<0);

	/* 2.配置ULCONn寄存器 */
	UART2.ULCON2 = UART2.ULCON2 & (~(0x7F<<0)) | (0x3<<0);

	/* 3.配置UCONn寄存器 */
	UART2.UCON2 = UART2.UCON2 & (~(0xF<<0)) | (0x5<<0);

	/* 4.配置UBRDIVn与UFRACVALn的波特率为115200 */
	UART2.UBRDIV2 = 53;
	UART2.UFRACVAL2 = 4;
	
}

/**
 * @description: 发送一位字符
 * @param {char} c -发送的字符
 * @return {*}
 */
void Sendbyte(char c)
{
	/* 判断串口缓存是否为空 */
	while(!(UART2.UTRSTAT2 & (0x1<<1)));
	UART2.UTXH2 = c;
}

/**
 * @description: 接收一个字符
 * @param {UART2.URXH2-接收的字符，0-没有接收到字符}
 * @return {*}
 */
char Recvbyte()
{
	if(UART2.UTRSTAT2 & (0x1<<0))
	{
		return UART2.URXH2;
	}
	else
	{
		return 0;
	}
	
}

int main()
{
	UART2_Init();
	char c;
	while(1)
	{
		if((c = Recvbyte()) == 0)
		{

		}
		else
		{
			Sendbyte(c+1);
		}
	}	
	return 0;
}