實驗九 UART驅(qū)動實驗

實驗九UART驅(qū)動實驗東南大學(xué)國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心0. 目錄實驗?zāi)康膶嶒炘韺嶒瀮?nèi)容1. 實驗?zāi)康氖煜S232的接口概念掌握UART工作方式通過實驗掌握中斷控制的基本原理2. 實驗原理UART支持RS-232標準的非歸零的編碼格式，也支持紅外模式下的編碼格式。UART通過RS-232協(xié)議和外設(shè)間進行串行通信。另外,通過外圍電路將紅外信號轉(zhuǎn)變成電信號(接收信息時)或?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)變成紅外信號(發(fā)送時)，然后再和UART進行串行通信，這樣就可以支持低速紅外通信。2.1 實驗原理（RS232的接口概念）RS232是基于UART的異步串行通訊,不提供獨立的發(fā)送使能控制信號,它是符合EAT/TAI-232標準的通信接口,通訊距離短(僅15米),并且只能進行點到點通訊,不能直接組網(wǎng),常被應(yīng)用于近距離HOST機通信.2.1 實驗原理（基本概念）位傳送時間—一個位傳送時間是串行地發(fā)送或接收一個數(shù)據(jù)位的時間，等于波特率頻率的倒數(shù)。起始位—-起始位是指一位數(shù)據(jù)位的邏輯“0”，它表示一幀數(shù)據(jù)的開始。起始位必須從“1”到“0”的跳變沿開始。在此之前必須有一位的邏輯“1”。停止位—一個停止位是指一位或多位的邏輯“1”，表示一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。中止符—-如果在某一幀數(shù)據(jù)中所有的數(shù)據(jù)位包括停止位都是“0”，就是一個中止符。中止符表示一段信息傳送的結(jié)束或另一段數(shù)據(jù)傳送的開始。2.1 實驗原理（基本概念）幀—一幀數(shù)據(jù)包括起始位，一定位數(shù)的數(shù)據(jù)位和停止位。其中數(shù)據(jù)位(信息位)的位數(shù)取決于預(yù)先設(shè)定的格式，且這一格式必須得到收發(fā)雙方的共同確認。最為普遍的數(shù)據(jù)幀的格式是一位起始位后跟8位數(shù)據(jù)位,可選的奇偶校驗位，最后是一位或多位停止位。幀錯誤—-如果在接收方發(fā)現(xiàn)停止位丟失，這種情況就是幀錯誤。幀錯誤之所以發(fā)生是因為一幀數(shù)據(jù)的邊界和接收器的位計數(shù)器不同步。如果某一位數(shù)據(jù)位出現(xiàn)在預(yù)期的停止位的位置而這一數(shù)據(jù)位恰好是“1”，則幀錯誤就不會被發(fā)現(xiàn)。如果在發(fā)送方送出中止符，在接收方往往表現(xiàn)為幀錯誤。另外，如果UART設(shè)置為兩個停止位而在接收時僅檢測出一位停止位，那么這種錯誤沒有定義為幀錯誤。2.1 實驗原理（基本概念）空閑狀態(tài)--在非歸零的編碼格式下連續(xù)的“1”狀態(tài)或者是在紅外格式下連續(xù)的某種選定的極性狀態(tài)。溢出錯誤--接收到最后一個字符被略去以免該字符將UART接收緩沖區(qū)中已有的字符覆蓋。出現(xiàn)溢出錯誤意味著軟件讀取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)的速度跟不上在RXD線上接收數(shù)據(jù)的速率。

UART也支持紅外模式下的編碼格式,通過外圍電路將紅外信號轉(zhuǎn)變成電信號(接收信息時)或?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)變成紅外信號(發(fā)送時)，然后再和UART進行串行通信，這樣就可以支持低速紅外通信。2.2 實驗原理（UART）2.2 實驗原理（UART工作方式）主要特征：全雙工操作5-8位字符操作可配置的奇偶校驗(偶校驗,奇校驗,不用奇偶校驗，或固定校驗位)可配置的停止位（1，1.5，2位）Break產(chǎn)生和探測功能16級深度（字節(jié)寬度）的接受FIFO，可配置觸發(fā)級和超時中斷16級深度（字節(jié)寬度）的發(fā)送FIFO，可配置觸發(fā)級中斷靈活的波特率配置2.2 實驗原理（UART工作方式）發(fā)送發(fā)送器Tx

從CPU接收并行數(shù)據(jù),存入TxFIFO,然后在字符中加入起始位,奇偶校驗位。停止位后按照設(shè)置的波特率串行(LSBfirst)發(fā)送出去。2.2 實驗原理（UART工作方式）發(fā)送發(fā)送觸發(fā)級中斷一個16級深度的FIFO，可以根據(jù)系統(tǒng)的情況配置Tx

請求數(shù)據(jù)的觸發(fā)級當(dāng)TxFIFO中的數(shù)據(jù)小于等于配置的FIFO觸發(fā)級時，產(chǎn)生中斷通過讀IIR寄存器或者向TxFIFO中寫數(shù)據(jù)直到超過配置的觸發(fā)級，可以清除中斷中斷清除后只有先使TxFIFO中的數(shù)據(jù)大于配置觸發(fā)級后，才能再次產(chǎn)生中斷2.2 實驗原理（UART工作方式）發(fā)送TxFIFO寫滿時：當(dāng)TxFIFO中數(shù)據(jù)已滿，再寫入的數(shù)據(jù)將被丟棄硬件自動流控：當(dāng)接收方中斷接收，或者接收忙時，將產(chǎn)生停止發(fā)送信號并傳送給UART，此時UART將停止發(fā)送數(shù)據(jù)并等待，直到接收方可以重新接收數(shù)據(jù)時，傳送繼續(xù)2.2 實驗原理（UART工作方式）接收接收器Rx串行地接收數(shù)據(jù),并把它們轉(zhuǎn)變成并行的字符.當(dāng)開始接收時，接收器檢測起始位，接下來，在每個數(shù)據(jù)位的中間時刻采樣該數(shù)據(jù)位以確定其邏輯狀態(tài)。一旦起始位被確認，則以后的數(shù)據(jù)位，奇偶校驗位，停止位依次被接收。2.2 實驗原理（UART工作方式）接收接收觸發(fā)中斷一個16級深度的FIFO，可以根據(jù)系統(tǒng)的情況配置Rx請求數(shù)據(jù)的觸發(fā)級當(dāng)RxFIFO中的數(shù)據(jù)大于等于配置的FIFO觸發(fā)級時，產(chǎn)生中斷通過讀取向RxFIFO中的數(shù)據(jù)直到低于配置的觸發(fā)級，可以清除中斷超時中斷（timeout）當(dāng)RxFIFO中有數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)數(shù)目小于觸發(fā)級，如果沒有讀取FIFO中的數(shù)據(jù)且過了一段時間后，將產(chǎn)生timeout中斷當(dāng)讀空RxFIFO后，將不再產(chǎn)生timeout中斷2.2 實驗原理（UART工作方式）發(fā)送RxFIFO寫滿時：當(dāng)RxFIFO中數(shù)據(jù)已滿，再接收的數(shù)據(jù)將被丟棄硬件自動流控：當(dāng)RxFIFO達到配置觸發(fā)級時，會通知外部設(shè)備暫停發(fā)送。讀空RxFIFO中數(shù)據(jù)后，在通知外部設(shè)備可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)2.2 實驗原理（UART工作方式）紅外接口 是將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成IRDA串行紅外物理層所規(guī)定的格式。發(fā)送：如果是“0”則發(fā)出一個窄的正脈沖,其寬度為3/16個周期.如果是“1”則不發(fā)出脈沖。外圍電路需驅(qū)動紅外LED接收：如果是“1”則輸入一個窄的負脈沖.如果是“0”則不輸入脈沖.從RXD引腳上接收的數(shù)據(jù)通過多路選擇器送到相應(yīng)的解碼單元。外圍電路將紅外信號轉(zhuǎn)變成電信號2.3 實驗原理（UART驅(qū)動的實現(xiàn)）初始化選定波特率選擇接收觸發(fā)中斷和發(fā)送觸發(fā)中斷根據(jù)要求，打開或關(guān)閉接收或發(fā)送中斷中斷服務(wù)錯誤產(chǎn)生中斷接收發(fā)送中斷2.4 實驗原理（中斷的實現(xiàn)）異常向量表（通常放在0x00處）是異常處理的入口地址；當(dāng)異常產(chǎn)生時，硬件會自動將pc指向?qū)?yīng)的異常向量處；同時也進入了對應(yīng)的異常模式中（堆棧也跟隨著切換到了相應(yīng)的模式中）2.4 實驗原理（中斷服務(wù)的實現(xiàn)）中斷服務(wù)分為底層和上層：底層：模式的切換，堆棧的處理，中斷狀態(tài)的處理，pc和lr的保存與恢復(fù)，臨時寄存器的保存和恢復(fù)（上下文切換）<int_gfd.s>上層：中斷位的判斷，相應(yīng)模塊的中斷處理函數(shù)<int_vec_handler.c>2.4 實驗原理（超級終端的使用）開始－>所有程序－>附件－>通訊－>超級終端選擇端口（com1，com2）端口設(shè)置，選擇默認設(shè)置3. 實驗內(nèi)容通過已有代碼的實驗，理解UART控制器的工作方式和原理字符接發(fā)實驗3.1 理解實驗code目錄夾下：UART驅(qū)動實驗：

uart_lab實驗結(jié)果通過觀察超級終端。3.1 UART總體實驗流程系統(tǒng)底層初始化（堆棧的建立）主函數(shù)（main）調(diào)用底層模塊（ModuleUart）根據(jù)系統(tǒng)時鐘配置分頻比系統(tǒng)初始化（pmc_init，INT_INIT）pmc_init：配置系統(tǒng)時鐘INT_INIT：使能中斷并屏蔽無限循環(huán)等待（while(1)）配置與PC串口通訊的波特率等待中斷初始化UART（init_uart0）打開接收觸發(fā)中斷確定發(fā)送和接收的中斷出發(fā)位使能中斷控制器的UART中斷3.1 UART中斷服務(wù)流程主函數(shù)無限循環(huán)等待（while(1)）進入中斷異常入口保護現(xiàn)場跳轉(zhuǎn)到中斷向量處理中中斷底層處理查找中斷號并調(diào)用相應(yīng)的中斷處理函數(shù)退出中斷回復(fù)現(xiàn)場中斷上層處理中斷底層處理進入UART中斷服務(wù)函數(shù)3.1 中斷服務(wù)函數(shù)中斷服務(wù)函數(shù)(int_serv_uart0)屏蔽中斷進入中斷處理接收數(shù)據(jù)狀態(tài)中斷接收數(shù)據(jù)有效中斷接收數(shù)據(jù)超時中斷發(fā)送數(shù)據(jù)有效中斷Modem狀態(tài)中斷處理接收錯誤從接收FIFO中接收數(shù)據(jù)從接收