UART的原理以及驱动程序如何编写？

2020-12-30 15:21

一口Linux

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该寄存器通用配置为：

UCON2 ＝ 0x5；／／Interrupt request or polling mode

一般裸机情况下，采用轮询模式。

UTRSTATn

UTRSTAT n寄存器用来表明数据是否已经发送完毕、是否已经接收到数据，格式如下图所示，上面说的“缓冲区”，其实就是下图中的 FIFO ，不使用 FIFO 功能时可以认为其深度为 1。

当我们读取数据时，就轮询检查bit［0］置1之后，然后再从URXHn寄存器读取数据；当我们读取数据时，就轮询检查bit［1］置1之后，然后再向UTXHn寄存器写入数据来发送数据；

UTXHn寄存器（UART TRANSMIT BUFFER REGISTER） CPU 将数据写入这个寄存器， UART即会将它保存到缓冲区中，并自动发送出去。
URXHn寄存器（UART RECEIVE BUFFER REGISTER）当 UART 接收到数据时，读取这个寄存器，即可获得数据。
UFRACVALn 计算波特率

根据给定的波特率、所选择时钟源频率，可以通过以下公式计算 UBRDIVn 寄存器（n 为 0～4，对应 5个 UART 通道）的值。

UBRDIVn ＝（int）（ UART clock ／（ buad rate x 16）） – 1

上式计算出来的 UBRDIVn 寄存器值不一定是整数， UBRDIVn 寄存器取其整数部分，小部分由 UFRACVALn 寄存器设置， UFRACVALn 寄存器的引入，使产生波特率更加精确。「【举例】」当UART clock为100MHz时，要求波特率为115200 bps，则：

100000000／（115200 x 16） – 1 ＝ 54．25 – 1 ＝ 53．25
UBRDIVn ＝整数部分＝ 53
UFRACVALn／16 ＝小数部分＝ 0．25
UFRACVALn ＝ 4

5）电路图

外设电路图：

SP3232EEA 用来将TTL电平转换成RS232电平。我们使用的是COM2。

外设与核心板连接电路图

可见UART的收发引脚连接到了GPA上，打开exynos4412芯片手册：

我们只需要将GPA1 的低8位设置为0x22。

6．实例代码

裸机代码，主要实现uart＿init（）、putc（）、getc（）这三个函数。

uart＿init（）

该函数主要配置UART的，波特率115200，数据位：8，奇偶校验位：0，终止位：1，不设置流控。

如下图：是运行在windows下常用的串口工具配置信息，配置信息必须完全一致。

putc（）

该函数是向串口发送一个数据data，他的实现逻辑就是轮询检查寄存器UART2．UTRSTAT2 ，判断其bite【1】是否置1，如果置1，则向UART2．UTXH2存入要发送的数据即可。

getc（）

该函数是从串口接收一个数据data，他的实现逻辑就是轮询检查寄存器UART2．UTRSTAT2 ，判断其bite【0】是否置1，如果置1，说明数据准备好，则可以从寄存器UART2．URXH2取出数据。

代码
＊ UART2

typedef struct ｛
unsigned int ULCON2；
unsigned int UCON2；
unsigned int UFCON2；
unsigned int UMCON2；
unsigned int UTRSTAT2；
unsigned int UERSTAT2；
unsigned int UFSTAT2；
unsigned int UMSTAT2；
unsigned int UTXH2；
unsigned int URXH2；
unsigned int UBRDIV2；
unsigned int UFRACVAL2；
unsigned int UINTP2；
unsigned int UINTSP2；
unsigned int UINTM2；
｝uart2；
＃define UART2 （＊（volatile uart2 ＊）0x13820000 ）
GPA1
typedef struct ｛
unsigned int CON；
unsigned int DAT；
unsigned int PUD；
unsigned int DRV；
unsigned int CONPDN；
unsigned int PUDPDN；
｝gpa1；
＃define GPA1 （＊（volatile gpa1 ＊）0x11400020）
void uart＿init（）
｛ UART2 initialize
GPA1．CON ＝（GPA1．CON ＆～0xFF ）｜（0x22）；／／GPA1＿0：RX；GPA1＿1：TX
UART2．ULCON2 ＝ 0x3；／／Normal mode， No parity，One stop bit，8 data bits
UART2．UCON2 ＝ 0x5；／／Interrupt request or polling mode
／／Baud－rate ： src＿clock：100Mhz
UART2．UBRDIV2 ＝ 0x35；
UART2．UFRACVAL2 ＝ 0x4；
｝
void putc（const char data）
｛ while（！（UART2．UTRSTAT2 ＆ 0X2））；
UART2．UTXH2 ＝ data；
if （data ＝＝＇＇）
putc（＇＇）；
｝
char getc（void）
｛ char data；
while（！（UART2．UTRSTAT2 ＆ 0x1））；
data ＝ UART2．URXH2；
if （（data ＝＝＇＇）｜｜（data ＝＝＇＇））
｛
putc（＇＇）；
putc（＇＇）；
｝else
putc（data）；
return data；
｝
puts／getsvoid puts（const char ＊pstr）
｛ while（＊pstr ！＝＇＇）
putc（＊pstr＋＋）；
｝
void gets（char ＊p）
｛ char data；
while（（data ＝ getc（））！＝＇＇）
｛ if（data ＝＝＇＇）
｛p－－；
｝
＊p＋＋＝ data；
｝
if（data ＝＝＇＇）
＊p＋＋＝＇＇；
＊p ＝＇＇；
｝

7．如何裸机程序可以支持printf函数

首先看下文件的目录结构：

代码架构

老规矩，关注，后台回复【armprintf】，就可以得到代码。

这里我们只贴出部分文件的代码。

「cpu／start．s」改文件主要是实现异常向量表，实现各个模式的栈初始化

．text
．global ＿start
＿start：
b reset
ldr pc，＿undefined＿instruction
ldr pc，＿software＿interrupt
ldr pc，＿prefetch＿abort
ldr pc，＿data＿abort
ldr pc，＿not＿used
ldr pc，＝irq＿handler
ldr pc，＿fiq
＿undefined＿instruction：．word ＿undefined＿instruction
＿software＿interrupt：．word ＿software＿interrupt
＿prefetch＿abort：．word ＿prefetch＿abort
＿data＿abort：．word ＿data＿abort
＿not＿used：．word ＿not＿used
＿irq：．word irq＿handler
＿fiq：．word ＿fiq
reset：
ldr r0，＝0x40008000
mcr p15，0，r0，c12，c0，0 ＠协处理器指令设置异常向量表地址
init＿stack：
ldr r0，stacktop get stack top pointer
＊＊＊＊＊＊＊svc mode stack＊＊＊＊＊＊＊
mov sp，r0
sub r0，＃128＊4 512 byte for irq mode of stack
＊＊＊irq mode stack＊
msr cpsr，＃0xd2
mov sp，r0
sub r0，＃128＊4 512 byte for irq mode of stack
＊＊fiq mode stack＊＊
msr cpsr，＃0xd1
mov sp，r0
sub r0，＃0
＊＊abort mode stack＊＊
msr cpsr，＃0xd7
mov sp，r0
sub r0，＃0
＊＊undefine mode stack＊＊
msr cpsr，＃0xdb
mov sp，r0
sub r0，＃0
＊＊ sys mode and usr mode stack ＊＊
msr cpsr，＃0x10
mov sp，r0 1024 byte for user mode of stack
b main ＠跳转到c语言的main函数
．align 4
＊＊＊ swi＿interrupt handler ＊＊＊
＊＊＊ irq＿handler ＊＊＊
irq＿handler：
sub lr，lr，＃4
stmfd sp！，｛r0－r12，lr｝
．weak do＿irq ＠该函数可以没有定义
bl do＿irq ＠跳转到中断入口
ldmfd sp！，｛r0－r12，pc｝＾
stacktop：．word stack＋4＊512 ＠定义栈顶
．data
stack：．space 4＊512 ＠分配一块栈空间

「lib／printf．c」

该文件主要实现打印函数printf一些格式控制，一些字符串转换算数运算需要借助头文件ctype．h、stdarg．h中一些宏。其中vsprintf 具体的实现我们就不再详解，有兴趣读者自行研究。

……
void printf （const char ＊fmt，．．．）
｛
va＿list args；
unsigned int i；
char printbuffer［100］；
va＿start （args， fmt）；
For this to work， printbuffer must be larger than
＊ anything we ever want to print．

i ＝ vsprintf （printbuffer， fmt， args）；／／对输入的参数进行格式整理
va＿end （args）；
puts （printbuffer）；／／调用上一章我们封装的puts函数实现向串口打印书字符串
｝

「main．c」该文件可以直接调用printf（）函数来打印信息了。

void delay＿ms（unsigned int num）
｛
int i，j；
for（i＝num； i＞0；i－－）
for（j＝1000；j＞0；j－－）
；
｝
＊裸机代码，不同于LINUX 应用层，一定加循环控制

int main （void）
｛
int i ＝ 0；
while （1）｛
printf（＂aaaaaaaaaaaaa＂）；
delay＿ms（500）；
｝
return 0；
｝

「Makefile」

CROSS＿COMPILE ＝ arm－none－eabi－
NAME ＝gcd
CFLAGS＝－mfloat－abi＝softfp －mfpu＝vfpv3 －mabi＝apcs－gnu －fno－builtin －fno－builtin－function －g －O0 －c －I ．／include －I ．／lib
LD ＝＄（CROSS＿COMPILE）ld
CC ＝＄（CROSS＿COMPILE）gcc
OBJCOPY ＝＄（CROSS＿COMPILE）objcopy
OBJDUMP ＝＄（CROSS＿COMPILE）objdump
OBJS＝．／cpu／start．o ．／driver／uart．o
．／driver／＿udivsi3．o ．／driver／＿divsi3．o ．／driver／＿umodsi3．o main．o ．／lib／printf．o
＃＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＃
all：＄（OBJS）
＄（LD）＄（OBJS）－T map．lds －o ＄（NAME）．elf
＄（OBJCOPY）－O binary ＄（NAME）．elf ＄（NAME）．bin
＄（OBJDUMP）－D ＄（NAME）．elf ＞＄（NAME）．dis
％．o：％．S
＄（CC）＄（CFLAGS）－c －o ＄＠＄＜
％．o：％．s
＄（CC）＄（CFLAGS）－c －o ＄＠＄＜
％．o：％．c
＄（CC）＄（CFLAGS）－c －o ＄＠＄＜
clean：
rm －rf ＄（OBJS）＊．elf ＊．bin ＊．dis ＊．o