UART通信協(xié)議Microsoft文檔

1、UART是用于控制計(jì)算機(jī)與串行設(shè)備的芯片。有一點(diǎn)要注意的是，它提供了RS-232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口，這樣計(jì)算機(jī)就可以和調(diào)制解調(diào)器或其它使用RS-232C接口的串行設(shè)備通信了。作為接口的一部分，UARTa提供以下功能：將由計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳送過(guò)來(lái)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出的串行數(shù)據(jù)流。將計(jì)算機(jī)外部來(lái)的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)，供計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用并行數(shù)據(jù)的器件使用。在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗(yàn)位，并對(duì)從外部接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟停標(biāo)記，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟停標(biāo)記。處理由鍵盤或鼠標(biāo)發(fā)出的中斷信號(hào)（鍵盤和鼠票也是串行設(shè)備）?？梢蕴幚碛?jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備的同步管理問(wèn)題。有一些比較高檔的UART

2、還提供輸入輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，現(xiàn)在比較新的UART是16550,它可以在計(jì)算機(jī)需要處理數(shù)據(jù)前在其緩沖區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)16字節(jié)數(shù)據(jù)，而通常的UARTM82500現(xiàn)在如果您購(gòu)買一個(gè)內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器，此調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部通常就會(huì)有16550UARTo1.UART 協(xié)議的工作特點(diǎn)1.1 數(shù)據(jù)采樣UART 協(xié)議是實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間低速數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。因發(fā)送時(shí)不需同時(shí)發(fā)送時(shí)鐘，故此協(xié)議為異步。UARTS 接典型為 38400,9600 波特。如下圖 1,UART 字符格式為 1個(gè)起始位，58 個(gè)數(shù)據(jù)位，1 個(gè)地址位或奇偶位（可選），1 個(gè)停止位。由于接收器、發(fā)送器異步工作，無(wú)需聯(lián)接接收和發(fā)送時(shí)鐘。接收器采取對(duì)輸入數(shù)據(jù)流高

3、度采樣方式，通常采樣為 16,并根據(jù)采樣值確定位值。按慣例，使用 16 個(gè)采樣值的中間三個(gè)值。1.2 UART 幀區(qū)分UART 一參數(shù) MAX-IDL 用來(lái)設(shè)置空閑字符的多少。 一旦一字符在線上被接收， UART空制器開(kāi)始計(jì)數(shù)接收到的空閑字符。若下一數(shù)據(jù)字符接收前，一 MAX-IDL 多個(gè)空閑字符被接收，則產(chǎn)生空閑時(shí)間，緩沖區(qū)被關(guān)閉。順次對(duì) CPU32 核心發(fā)出一中斷請(qǐng)求，要求從緩沖區(qū)接收數(shù)據(jù)。因此，MAX-IDLUART 奠式提供一區(qū)分幀的便利方法。空閑字符按以下公式計(jì)算其位數(shù)：1（起始）+數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（5,6,7,8）+1（若奇偶校驗(yàn)被使用）+停止位（1）。例如，1 個(gè)（起始），8 位數(shù)據(jù)，無(wú)

4、校驗(yàn)，1 個(gè)停止位,則空閑字符 MAX-IDL 為 10 位。1.3 UART 地址識(shí)另 1J多站系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)上可能會(huì)有兩個(gè)以上的站，每個(gè)站有一特定的地址。下圖 2 為此種結(jié)構(gòu)的兩個(gè)示例。由許多字符構(gòu)成的幀可被廣播，其第一字符做為目的地址。為實(shí)現(xiàn)此功能，UAR 咂被擴(kuò)展一位，以區(qū)別地址字符和正常數(shù)據(jù)字符。UART 可被設(shè)置為操作于一多站環(huán)境，此環(huán)境下，支持以下兩種模式：自動(dòng)多站模式當(dāng)?shù)刂酚趦蓚€(gè)預(yù)置值之一相匹配時(shí)， UART空制器自動(dòng)檢查到來(lái)地址字符，接收隨后的數(shù)據(jù)。非自動(dòng)多站模式 UART 控制器接收所有數(shù)據(jù)。一地址字符總被寫入一新緩沖綜上所述，UAR 砌、議采取一種通過(guò)數(shù)據(jù)采樣來(lái)確定位值的機(jī)

5、理，具有簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的定幀模式，而且廣泛用于多站系統(tǒng)中，具有自動(dòng)多站和非自動(dòng)多站兩種模式，來(lái)區(qū)分地址和數(shù)據(jù)。2 .幾種重要寄存器在嵌入式開(kāi)發(fā)中，對(duì)寄存器的理解和正確配置至關(guān)重要。對(duì) MPC860 勺 UART協(xié)議，有幾個(gè)重要寄存器，它們是：管足配置寄存器、波特率配置寄存器、通信處理命令寄存器、SCC!用模式寄存器、發(fā)送和接收緩沖區(qū)描述器、UART 勺特定參數(shù)、SCCft、議專用模式寄存器、SCCft、議事件寄存器、UARTW 蔽寄存器。管足配置寄存器一般是針對(duì)收、發(fā)兩根管足，有開(kāi)漏寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、數(shù)據(jù)方向寄存器，它們可被設(shè)置為具有用行信道輸出的能力和被設(shè)置為輸入輸出口。波特率配置寄存器負(fù)責(zé)把波

6、特率指向所用的串口和配置波特率大小。通信處理命令寄存器主要用于判斷命令的發(fā)出是否和阻止傳送。SCC!用模式寄存器主要用于協(xié)議的選擇和傳輸格式的配置。發(fā)送和接收緩沖區(qū)描述器主要用于收發(fā)數(shù)據(jù)和判斷接收的是地址還是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤情況等。UART 勺特定參數(shù)用來(lái)部分初始化 UARTSCCft、 議專用模式寄存器主要用于設(shè)置 UARTt 于自動(dòng)多站和非自動(dòng)多站模式。事件寄存器主要用于判斷是收中斷還是發(fā)中斷。屏蔽寄存器主要用于收、發(fā)使能。因此，對(duì) UART*議來(lái)說(shuō)，上面幾種寄存器是很重要的，它們主要完成波特率配置，協(xié)議的選擇，收發(fā)判斷處理等。UART&RS232&COMUART 是通用異步收發(fā)器（異步串

7、行通信口）的英文縮寫，它包括了 RS232、RS499、RS423、RS422 和 RS485 等接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，即 UART 是異步串行通信口的總稱。而 RS232、RS499、RS423、RS422 和 RS485 等，是對(duì)應(yīng)各種異步串行通信口的接口標(biāo)準(zhǔn)和總線標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了通信口的電氣特性、傳輸速率、連接特性和接口的機(jī)械特性等內(nèi)容。實(shí)際上是屬于通信網(wǎng)絡(luò)中的物理層（最底層）的概念，與通信協(xié)議沒(méi)有直接關(guān)系。而通信協(xié)議，是屬于通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)鏈路層（上一層）的概念。COM 口是 PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）上，異步串行通信口的簡(jiǎn)寫。由于歷史原因，IBM 的PC 外部接口配置為 RS232,成為

8、實(shí)際上的 PC 界默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。所以，現(xiàn)在 PC 機(jī)的 COM口均為 RS232。UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmittei）即通用異步收發(fā)傳輸器,工作于數(shù)據(jù)鏈路層。包含了 RS232、RS422、RS485 串口通信和紅外（IrDA）等等。UART 協(xié)議作為一種低速通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域等各種場(chǎng)合。UART 基本可分為并口通信及串口通信兩種。異步串口通信協(xié)議作為 UART 的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字符一位接一位地傳輸。圖一給出了其工作模式：第a個(gè)字符空閑位啟動(dòng)字符數(shù)據(jù)苛偶校停止|空砒ino|i/oi/oL.Ji/oi/o|imi圖

9、一其中各位的意義如下：起始位：先發(fā)出一個(gè)邏輯”響信號(hào)，表示傳輸字符的開(kāi)始。資料位：緊接著起始位之后。資料位的個(gè)數(shù)可以是 4、5、6、7、8 等，構(gòu)成一個(gè)字符。通常采用 ASCII碼。從最低位開(kāi)始傳送，靠時(shí)鐘定位。奇偶校驗(yàn)位：資料位加上這一位后，使得“1 的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)（偶校驗(yàn)）或奇數(shù)（奇校驗(yàn)），以此來(lái)校驗(yàn)資料傳送的正確性。停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志?？梢允?1 位、1.5 位、2 位的高電平?？臻e位：處于邏輯“保:態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒(méi)有資料傳送。波特率：是衡量資料傳送速率的指針。表示每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)。例如資料傳送速率為 120 字符/秒，而每一個(gè)字符為 10 位，則其傳送的波特率

10、為 10X120=1200 字符/秒=1200 波特。在嵌入式系統(tǒng)或者計(jì)算機(jī)中，并非直接對(duì)串口直接進(jìn)行，而是通過(guò) SCI（串行通訊接口）模塊對(duì)其進(jìn)行控制。（注：SCI”首先由 Motorola 微串口微控制器而得名，SCI 另一種說(shuō)法是 UART 控制器”）常用的許多芯片中都包含了SCI， 例如ARM的S3C2410X芯片內(nèi)嵌了3個(gè)串行接口控制器， 而Nios等軟核芯片則可以用選用UART （RS232）的 IP 對(duì) UART 進(jìn)行控制。PC 機(jī)則常用 16650UART,16750UART 等控制串口。如果實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟件 UART 時(shí)，在 UART 檢查端口管腳的串行活動(dòng)時(shí)，需要占用大量時(shí)間，

11、讓應(yīng)用程序停滯，這會(huì)使得軟件 UART 沒(méi)有意義。好在情況并非如此，我們來(lái)看看標(biāo)準(zhǔn)的 10 位異步串行協(xié)議（包含一個(gè)起始位，一個(gè)停止位和 8 個(gè)數(shù)據(jù)位）收發(fā)一個(gè)字符時(shí)的情況（如圖 1 所示）。第n+l個(gè)字符啟動(dòng)字符季據(jù)i/o|I/OI.圖 1:標(biāo)準(zhǔn)的 10 位異步串行協(xié)議收發(fā)字符時(shí)的時(shí)序圖。在啟動(dòng)一次發(fā)送或接收操作之后，串行 UART（不論是軟件還是硬件形式的 UART）并不需要連續(xù)監(jiān)控 I/O線。在發(fā)送一個(gè)字符時(shí)，每個(gè)位周期，UART 只需驅(qū)動(dòng)一次發(fā)送信號(hào)線的狀態(tài)，從起始位到 8 個(gè)數(shù)據(jù)位直位時(shí)隙的中央對(duì)接收線上的信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行一次采樣。我們可以用一對(duì)狀態(tài)機(jī)來(lái)表征軟件 UART 的行為，一個(gè)狀

12、態(tài)機(jī)用于發(fā)送字符，另一個(gè)用于接收字符。對(duì)一個(gè)全雙工的 UART 而言，這兩個(gè)狀態(tài)機(jī)是并行運(yùn)行的，需要兩個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器中斷。這兩個(gè)狀態(tài)機(jī)都有主動(dòng)和被動(dòng)兩種模式。發(fā)送狀態(tài)機(jī)在收到一個(gè)需發(fā)送的字符時(shí)跳出空閑狀態(tài)，在結(jié)束位發(fā)送之后回到空閑狀態(tài)。接收狀態(tài)機(jī)在檢測(cè)到接收線上的一個(gè)下降沿時(shí)跳出空閑狀態(tài)。在檢測(cè)到這個(gè)初始的低電平狀態(tài)之后（該狀態(tài)指示起始位已經(jīng)開(kāi)始），開(kāi)始對(duì)位時(shí)隙進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)，同時(shí)按要求采樣信號(hào)線上的每個(gè)信號(hào)位，包括停止位。為了避免不必要地占用主應(yīng)用過(guò)多的時(shí)間，UART 狀態(tài)機(jī)應(yīng)該由一些周期性的基于定時(shí)器的中斷來(lái)激活。接收線上初始下降沿的檢測(cè)需要利用一個(gè)邊沿觸發(fā)的外部中斷單獨(dú)處理。如果一個(gè)狀態(tài)機(jī)的定時(shí)器被設(shè)置為每個(gè)比特周期發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求，那么該狀態(tài)機(jī)在每次中斷被觸發(fā)時(shí)能夠執(zhí)行任何需要的操作（而且如果需要，還能