UART中的硬件流控RTS與CTS

UART中的硬件流控RTS與CTS5/23/20135:13:04PMatrock-chipsinshenzhen最近太忙了，沒時(shí)間寫對(duì)Ucos-II的移植，先將工作中容易搞錯(cuò)的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)記錄下來，關(guān)于CTS與RTS的。在RS232中本來CTS與RTS有明確的意義，但自從賀氏（HAYES）推出了聰明貓（SmartModem）后就有點(diǎn)混淆了，不過現(xiàn)在這種意義為主流意義的，各大芯片制造廠家對(duì)UART控制器的流控基本采用HAYESMODEM流控解釋。在RS232中RTS與CTS是用來半雙工模式下的方向切換，本文不解釋；如果UART只有RX、TX兩個(gè)信號(hào)，要流控的話只能是軟流控；如果有RX，TX，CTS，RTS四個(gè)信號(hào)，則多半是支持硬流控的UART；如果有RX，TX，CTS，RTS，DTR，DSR六個(gè)信號(hào)的話，RS232標(biāo)準(zhǔn)的可能性比較大。SIMCOM公司對(duì)RTS/CTS的解釋：（要注意區(qū)別是不是講串口支持硬流控的RTS/CTS，別看為益，在和瑞芯微調(diào)試硬件流控時(shí)，別這個(gè)非主流的解釋搞得暈頭轉(zhuǎn)向的，下面用灰色小字體表示）RTS是模塊的輸入端，用于MCU通知模塊，MCU是否準(zhǔn)備好，模塊是否可向MCU發(fā)送信息，RTS的有效電平為低。CTS是模塊的輸出端，用于模塊通知MCU，模塊是否準(zhǔn)備好，MCU是否可向模塊發(fā)送信息，CTS的有效電平為低HAYESModem中的RTS，CTS是用來進(jìn)行硬件流控的。現(xiàn)在通常UART的RTC、CTS的含義指后者，即用來做硬流控的。硬流控的RTS、CTS：（現(xiàn)在做串口使用RTS/CTS必看內(nèi)容，因?yàn)镸TK/）RTS（RequireToSend，發(fā)送請(qǐng)求）為輸出信號(hào)，用于指示本設(shè)備準(zhǔn)備好可接收數(shù)據(jù)，低電平有效，低電平說明本設(shè)備可以接收數(shù)據(jù)。CTS（ClearToSend，發(fā)送允許）為輸入信號(hào)，用于判斷是否可以向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)，低電平有效，低電平說明本設(shè)備可以向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)。此處有人將CTS翻譯為發(fā)送允許，我感覺的確比翻譯為清除發(fā)送好。因?yàn)镃TS是對(duì)方的RTS控制己方的CTS是否允許發(fā)送的功能。用AP與MODEM采用流控收發(fā)串口數(shù)據(jù)舉例:CTS為輸入RTS為輸出AP的CTS對(duì)接MODEM的RTS；MODEM的CTS對(duì)接AP的RTS。默認(rèn)啟動(dòng)時(shí)：AP的CTS為高AP的RTS為低MODEM的CTS高但極容易被拉低MODEM的RTS低默認(rèn)休眠時(shí)MODEM的CTS高但極容易被拉低MODEM的RTS高其中CTS用電壓表測量電壓時(shí)發(fā)現(xiàn)：在測量最初的大概200ms時(shí)，為高電平，然后電壓值不斷下降，變成低電平，這說明CTS懸空時(shí)應(yīng)該為高，這中高電平僅僅是一定量的正電荷而已。不知道芯片設(shè)計(jì)時(shí)，規(guī)格說明書為什么要寫CTS默認(rèn)為高，CTS僅僅是輸入端，不需要什么默認(rèn)值啊。并且在流控打開情況下，不接CTS與RTS，也是可以正常3根線(RXD/TXD/GND)通信的，這說明不接RTS/CTS時(shí)，CTS為低電平才對(duì)。為何實(shí)際使用與芯片規(guī)格說明書不一致，可能是被外殼金屬蓋干擾到低電平了，畢竟自己用的模塊，CTS是如此靠近低電平的金屬保護(hù)蓋，并且CTS為輸入口，沒有上拉下拉電平能力。AP與MODEM的流控這樣通信的：AP串口可用時(shí)，將AP-RTS拉低，MODEM-CTS檢測到AP-RTS為低，知道AP串口已準(zhǔn)備好，可以發(fā)送數(shù)據(jù)；AP串口不可用時(shí)，將AP-RTS拉高，MODEM-CTS檢測到AP-RTS為高，知道AP串口還未準(zhǔn)備好，就不會(huì)放數(shù)據(jù)。MODEM串口可用與不可用時(shí)的交互是同樣道理。沒有串口控制器，用中斷和普通IO口即可實(shí)現(xiàn)RTS與CTS功能。RTS用GPIO實(shí)現(xiàn)，串口就緒拉低電平，串口忙拉高電平CTS用中斷實(shí)現(xiàn)，檢測到低電平，將串口數(shù)據(jù)發(fā)送出去，檢測到高電平則保留串口數(shù)據(jù)直到檢測到低電平為止。下面是摘錄網(wǎng)上有用的參考資料：假定A、B兩設(shè)備通信，A設(shè)備的RTS連接B設(shè)備的CTS；A設(shè)備的CTS連接B設(shè)備的RTS。前一路信號(hào)控制B設(shè)備的發(fā)送，后一路信號(hào)控制A設(shè)備的發(fā)送。對(duì)B設(shè)備的發(fā)送（A設(shè)備接收）來說，如果A設(shè)備接收緩沖快滿的時(shí)發(fā)出RTS信號(hào)（意思通知B設(shè)備停止發(fā)送），B設(shè)備通過CTS檢測到該信號(hào)，停止發(fā)送；一段時(shí)間后A設(shè)備接收緩沖有了空余，發(fā)出RTS信號(hào)，指示B設(shè)備開始發(fā)送數(shù)據(jù)。A設(shè)備發(fā)（B設(shè)備接收）類似。上述功能也能在數(shù)據(jù)流中插入Xoff（特殊字符）和Xon（另一個(gè)特殊字符）信號(hào)來實(shí)現(xiàn)A設(shè)備一旦接收到B設(shè)備發(fā)送過來的Xoff，立刻停止發(fā)送；反之，如接收到B設(shè)備發(fā)送過來的Xon，則恢復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)給B設(shè)備。同理，B設(shè)備也類似，從而實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的速度匹配。半雙工的方向切換:RS232中使用DTR（DateTerminalReady，數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備）與DSR（DataSetReady，數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好）進(jìn)行主流控，類似上述的RTS與CTS。對(duì)半雙工的通信的DTE（DateTerminalEquipment，數(shù)據(jù)終端設(shè)備）與DCE（DatacircuitEquipment）來說，默認(rèn)的方向是DTE接收，DCE發(fā)送。如果DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，必須發(fā)出RTS信號(hào)，請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)。DCE收到后如果空閑則發(fā)出CTS回應(yīng)RTS信號(hào)，表示響應(yīng)請(qǐng)求，這樣通信方向就變?yōu)镈TE->TCE，同時(shí)RTS與CTS信號(hào)必須一直保持。從這里可以看出，CTS，TRS雖然也有點(diǎn)流控的意思（如CTS沒有發(fā)出，DTE也不能發(fā)送數(shù)據(jù)），但主要是用來進(jìn)行方向切換的。流控制在串行通訊中的作用這里講到的“流”，當(dāng)然指的是數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)在兩個(gè)串口之間傳輸時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，或者兩臺(tái)計(jì)算機(jī)的處理速度不同，如臺(tái)式機(jī)與單片機(jī)之間的通訊，接收端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿，則此時(shí)繼續(xù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失?，F(xiàn)在我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)上通過MODEM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這個(gè)問題就尤為突出。流控制能解決這個(gè)問題，當(dāng)接收端數(shù)據(jù)處理不過來時(shí)，就發(fā)出“不再接收”的信號(hào)，發(fā)送端就停止發(fā)送，直到收到“可以繼續(xù)發(fā)送”的信號(hào)再發(fā)送數(shù)據(jù)。因此流控制可以控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M(jìn)程，防止數(shù)據(jù)的丟失。PC機(jī)中常用的兩種流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和軟件流控制XON/XOFF（繼續(xù)/停止），下面分別說明。硬件流控制硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）流控制。硬件流控制必須將相應(yīng)的電纜線連上，用RTS/CTSC請(qǐng)求發(fā)送/清除發(fā)送）流控制時(shí)，應(yīng)將通訊兩端的RTS、CTS線對(duì)應(yīng)相連，數(shù)據(jù)終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)）使用RTS來起始調(diào)制解調(diào)器或其它數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)流，而數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器）則用CTS來起動(dòng)和暫停來自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)流。這種硬件握手方式的過程為：我們?cè)诰幊虝r(shí)根據(jù)接收端緩沖區(qū)大小設(shè)置一個(gè)高位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的75%）和一個(gè)低位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的25%），當(dāng)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量達(dá)到高位時(shí)，我們?cè)诮邮斩藢TS線置低電平（送邏輯0），當(dāng)發(fā)送端的程序檢測到CTS為低后，就停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收端緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量低于低位而將CTS置高電平。RTS則用來標(biāo)明接收設(shè)備有沒有準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。常用的流控制還有還有DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）。我們?cè)诖瞬辉僭斒觥Ｓ捎诹骺刂频亩鄻有?，我個(gè)人認(rèn)為，當(dāng)軟件里用了流控制時(shí)，應(yīng)做詳細(xì)的說明，如何接線，如何應(yīng)用。軟件流控制由于電纜線的限制，我們?cè)谄胀ǖ目刂仆ㄓ嵵幸话悴挥糜布骺刂疲密浖骺刂?。一般通過XON/XOFF來實(shí)現(xiàn)軟件流控制。常用方法是：當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量超過設(shè)定的高位時(shí)，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XOFF字符（十進(jìn)制的19或Control-S，設(shè)備編程說明書應(yīng)該有詳細(xì)闡述），發(fā)送端收到XOFF字符后就立即停止發(fā)