总线协议之 -- UART
总线协议之 – UART
UART简介
UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter（通用异步收发器），
通用的串行、异步通信总线，它有两条数据线，实现全双工发送和接收。
通信基础
串行、并行：
- 并行通信：总线在传递数据的时候，可以一次性收发多个位的数据。并行虽然快，但是要考虑多个线的资源占用，以及多条线互相干扰的问题；
- 串行通信：每一位数据逐次传递；（IIC\SPI都是串行通信）
单工、双工：
- 单工通信：只能是单向的，发送器给接收器发送数据，而不能反过来；
- 双工通信：可以是A到B，也可以是B到A；
- 半双工：不能同时发生；只有一根线，发送时就不能接收；
- 全双工：可以同时发送和接收，有两根线；
波特率：
波特率：描述UART通信速度，单位bps，(bit per second)，每秒传送的bit的数量；
- 每秒的波特数，波特等于单个信号包含的码元数量
比特率：是指每秒传送的比特(bit)数。单位为 bps(Bit Per Second)，比特率越高，每秒传送数据就越多。
波特率：表示每秒钟传送码元符号的个数，是衡量数据传送速率的指标。
- 在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。波特率是传输通道频宽的指标。
- 比特率=波特率x单个调制状态对应的二进制位数
- 两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率;四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)的比特率为波特率的两倍;八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)的比特率为波特率的三倍;依次类推。
UART帧格式
- 起始位：1bit的0，标志发送开始；因为空闲时为1，所以开始为0；
- 数据位： 5-8bit，先发低位，后发高位；
- 校验位：可有可无；奇偶校验，是校验奇数还是偶数个1；
- 停止位：高电平1；
- 空闲位：
注意： UART空闲的时候，用高电平表示；
串口协议从低位先发，最后发高位；
串口每次都只发一个byte，下一个byte又重新开始起始位，是因为它是异步的，发送方和接收方的时钟不是同一个，防止由于时钟不同步导致误差累积；
IIC和SPI都是同步通信，可以发多个字节；
Exynos4412下的UART控制器
串口的信号一般较弱，通信距离短，容易被干扰，所以增加了一块专有芯片用来增加抗干扰能力，使发送距离更远；(TTL信号转为232信号)
STEPs：
- 待发送数据放入FIFO
- 增加了UART协议的各种头，比如起始和校验，然后拷贝放入shifter；
- shifter每个bit依次移位到引脚来发送，先发低位，后发高位；
接收时顺序相反，RxD –> shifter –> FIFO;
UART控制器的总体框图
CPU会通过总线，和接收和发送的BUFFer相连，用来读写数据，另外，也和控制单元相连，对控制单元的设置进行修改；
UART寄存器详解
补充一个细节，回环模式look-back是在内部将Tx和Rx短接，一般用于测试；
三种工作模式：
- polling 轮询
- CPU不断地对FIFO进行访问，查询需要的数据有没有发过来；
- CPU的状态： 工作 –> 轮询 –> 工作 –> 轮询 …
- 直到查找到需要的数据；
- 费时费力，消耗资源
- interrupt 中断
- CPU和FIFO约定，CPU不主动去查询，当FIFO收到数据要发送过来的时候，给CPU发送中断信号，CPU中断当前工作，接收FIFO的数据；
- 比polling模式省资源；
- DMA 直接存储器访问
- CPU收到FIFO的数据，最终也是要放入某一块内存中去使用的；
- DMA模式跳过CPU，当FIFO数据过来时，直接放入需要的内存中；
UART编程之前，设置需要的寄存器，以及顺序：
UART编程
STEP 1： 串口初始化
STEP 2： main函数
STEP 3： 收发函数封装
- 发送数据：
- 接收数据：
STEP 4： 优化
电脑 – > 开发板， 然后开发板收到数据+1，再返回给电脑；
输入输出重定向
这种通过判断发送寄存器是不是空，来把数据放入UART的寄存器中，就是相当于printf重定向到UART串口，而其他操作系统中，是重定向到显卡或者磁盘；
尝试写一个发送字符串的函数：
总线协议之 -- UART