十二.UART串口通讯

一个嵌入式设备，串口基本上就是最常用到的外设了，通过串口可以将开发板和电脑连接，也有很多外设是通过串口来进行数据交互的。今天就来搞一下I.MX6UL的串口通讯，实现和电脑通讯的效果。

UART接口

I.MX6UL的串口外设叫做UART(Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter)，即异步串行收发器。UART作为串口的一种，其工作原理也是将数据位一帧一帧的进行传输，数据的发送和接收共用一条线缆，所以UART接口与外设相连的时候最少需要3根线：TXD、RXD和GND。下面的图是UART的通讯格式

十二.UART串口通讯

起始位(StartBit)是一个逻辑0

空闲位：在起始位前面的状态为逻辑1,表示没有数据，空闲中。

数据位：实际要传输的数据，一般是按照字节阐述，一个字节8位，低位在前先传输，高位在后面传输。

停止位(StopBit)逻辑1，位数可以是1、1.5或2个bit。

UART电平标准

UART一般接口电平有TTL和RS232电平，开发板上的TXD和RXD对应的就是TTL电平，使用低电平表示0,高电平表示1；而DB9接口就是对应的RS232接口，用-3~-15V表示逻辑1,+3~+15V表示逻辑0,采用差分线连接。在使用RS232时候一定要注意接口电平，不要烧毁外设。

由于现在电脑上基本都不带COM口，而在写单片机什么的需要串口，这就需要一个USB转TTL电平的芯片。最常用的就是CH340。比如Arduino(nano版)的的背后就有个CH340C。用过这个芯片和USB连接就可以实现串口功能(很多USB转232的设备就是用的这个芯片)。

I.MX6UL的UART接口

I.MX6UL提供了8组UART接口，结构体如下：

十二.UART串口通讯

具备如下特点：

兼容TIA/EIA-232-F标准，最高速率5.0M/s
支持串行IR接口，兼容IrDA，最高速率115200bps
支持9位或多点的RS-485模式
232可以选择7或8位的字符格式，485模式9bit格式
停止位1或2个bit
可编程的奇偶校验
最高到115200bit/s自动波特率检测
等等等等，太多了

IMX.6UL的UART的功能有非常多，我们这里只用做最基础的串口通讯功能，具体的实际作用参考手册Chapter 55给了非常详细的介绍。

主要寄存器

UART相关寄存器也比较多，因为Soc一共有8组UART，这里截取；一组的寄存器映射

十二.UART串口通讯

但是要注意的是，虽然8组UART里各个寄存器功能序列是一样的，但是这个内存映射不是从UART1开始的，而是从UART7开始的。

下面看看几个我们要用到的寄存器

UARTx_URXD

接收数据寄存器UART Receiver Register，寄存器结构如下：

十二.UART串口通讯

寄存器全部为只读，我们主要用到就是最后的低8位，用来存储接收的数据。另外，bit[10]=1时可以在RS485模式下，数据结构为9bit时保存第九个bit的数据

UARTx_UTXD

发送数据寄存器UART Transmitter Register，用来存放待发送的数据。

十二.UART串口通讯

寄存器低8位有效，在7bit数据结构下，bit[7]可以忽略，如果想要将数据写入该寄存器，需要确认TRDY(UARTx_UCR1[13])必须为高电平，即当前没有数据被发送。

UARTx_UCR1

控制寄存器1(UART Control Register 1)UART提供了4组控制寄存器用来对其进行功能设置，首先是UCR1，先看寄存器结构

十二.UART串口通讯

ADEN(bit[15])Automatic Baud Rate Detection Interrupt Enable，自动波特率侦测中断使能，允许ADET标志位(UARTx_USR2 bit[15])触发中断

ADBR(bit[14])Automatic Detection of Baud Rate，自动检测波特率使能，大概意思就是当该位值为1且ADET被清除时，接收器通过接收一个字符A或者a,对比其ASCII码为0x41或0x61，去确认合适的比特率。

TRDYEN(bit[13])Transmitter Ready Interrupt Enable，数据发送准备中断使能

IDEN(bit[12])Idle Condition Detected Interrupt Enable，一个什么中断使能，这个暂时没搞懂，暂时应该也用不上

中间几个中断使能就不说了，最后一个就是UART的使能UARTEN(bit[0])，整个寄存器我们暂时应该也就是能用到这一个bit。(自动获取波特率只能到115200，先关闭不用)

UARTx_UCR2
控制寄存器2，寄存器结构如下

十二.UART串口通讯

手册上有很详细的解释，这里只说一下需要用到的几个

IRTS(bit[14])Ignore RTS Pin，1时忽略RTS引脚，我们在使用TTL电平串口信号时只用到RXD和TXD，RTS和CTS一般是不使用的，设置为1即可。

PREN(bit[8])Parity Enable，校验使能，1时使能校验功能

PROE(bit[7])Parity Odd/Even，校验方式：1为奇校验，0为偶校验

STPB(bit[6])停止位，0时停止位1bit，1时2bit

WS(bit[5])Word Size，数据位长度，0时7bit，1时8bit(该长度不包含起始、结束及校验位)

TXEN(bit[2])Transmitter Enable，发送数据使能，1时使能

RXEN(bit[1])Receiver Enable，接收数据使能

SRET(bit[0])Software Reset，软件复位，写0时对FIFO，USR1,USR2,UBIR，UBMR，UBRC，URXD，UTXD和UTS[6:3]进行复位，但复位前保留4个时钟周期用来进行其他的操作。复位后该位自动置1。

UARTx_UCR3

控制寄存器3

十二.UART串口通讯

这个我们只用到了一个RXDMUXSEL，因为手册上说了这个应给被置1

十二.UART串口通讯

其他的位我们暂时也都用不到。

UARTx_UFCR

缓存控制寄存器UART FIFO Control Register，这里我们主要用来设置分频器

十二.UART串口通讯

RFDIV(bit[9:7])里定义了从CCM过来的时钟的分频

十二.UART串口通讯

注意这个分频不是按照数值+1的模式进行分频的，看具体的值，这个分频器决定的UART的参考时钟

UARTx_USR2

状态寄存器1我们也用不到，这里要用到状态寄存器2

十二.UART串口通讯

ADET(bit[15])Automatic Baud Rate Detect Complete，波特率检测完毕，当1时接收到合适的A或者a字符，需要写1清除状态

TXFE(bit[14])Transmit Buffer FIFO Empty，发送缓存状态，1时表示缓存区为空

TXDC(bit[3])Transmitter Complete，发送完成标志位，1时表示发送数据完成，发送寄存器或发送缓存写入数据，该位自动清零

RDR(bit[0])Receive Data Ready，数据接收标志位，为1时表示至少还有1个数据要接收

UARTx_UBIR和UARTx_UBMR

用来凑波特率的两个寄存器，参考手册第55.5章节介绍了波特率的计算方法

十二.UART串口通讯

RefFreq就是经过分频后的参考时钟，比如我们时钟为80MHz，分频为1分频，想要用115200的波特率，就要自己凑了，正点原子给出的数据是UBMR=3124,UBIR=71,那么

十二.UART串口通讯

其实NGP给了个函数，可以根据我们需要的波特率计算出对应的参数。

UART使用

使用UART的流程和其他的外设差不多也是先初始化、再使用

时钟源设置

有一点要注意：修改时钟树对应的时钟源，UART和其他的外设用到的不是一个时钟源，我们前面的用到的都是IPG_CLK，UART用到的的是UART_CLK_ROOT

十二.UART串口通讯

我们需要通过CSCDR1选择6分频的pll3(480MHz)，也就是80MHz，后面分频器为1分频。根据手册可以查出，UART_CLK_SEL为bit[6],值应为1，分频器UART_CLK_PODR对应bit[5:0]，对应2^6+1分频，1分频值为0。

所以要修改我们的clk初始化函数clk_init

/*--------------------------UART_CLK设置--------------------------*/
    /*UART_CLK_ROOT主频设置为80MHz*/
    CCM->CSCDR1 &= ~(1<<6);                //CSCDR1[UART_CLK_SEL](bit[6])=0,时钟源80MHz
    CCM->CSCDR1 &= ~(7<<0);                //CSCDR1[UART_CLK_PODF](bit[5：0])设置为0，对应1分频
/*-------------------------UART_CLK设置完毕------------------------*/

这步一定要记得！否则波特率就乱了！我在调试的时候就是忘了这一步！

UART初始化

UART的初始化包括IO的复用设置、UART参数设置、波特率设置。主要就是设置UCR1、UCR2、UCR3、UFCR、UBIR、UBMR几个寄存器。在设置寄存器值时，应该按照下面的顺序

关闭串口功能(UARTEN=0)
复位UART(SRET=0),复位时等待SRET为1，即复位完毕
设置相关寄存器的值
使能UART

配置寄存器的过程如下：

    /*配置UART1*/
    UART1->UCR1 = 0;
    // UART1->UCR1 &= ~(1<<14);

    /*配置UCR2*/
    UART1->UCR2 = 0;                                 //清除UCR0
    UART1->UCR2 |= (1<<1) |(1<<2) |(1<<5)|(1<<14);   //从左起:RXEN=1 TXEN=1 WS=1 IRTS=1
                                                     //接收、发送使能、数据长度为8bit 忽略RTS引脚
    /*配置UCR3*/
    UART1->UCR3 |= (1<<2);                           //RXDMUXSEL=1

    //波特率设置115200
    UART1->UFCR &= ~(7<<7);                          //RFDIV进行清零
    UART1->UFCR = 5<<7;                              //设置1分频,uart_clk=80MHz

    UART1->UBIR = 71;
    UART1->UBMR = 3124;

其实还是比较简单的。

其他的几个关闭、使能等函数放在最后。

数据接收、发送

数据的发送、接收就是对URXD、UTXD的低8位进行操作

/**
 * @brief           通过UART1发送1个字符
 * 
 * @param c         待发送的字符
 */
void putc(unsigned char c)
{
    while(((UART1->USR2 >>3) & 0x01) == 0);     //等待前一个发送流程完毕
    UART1->UTXD = (c & 0xFF);
}

/*通过UART1接收一个字符*/
unsigned char getc(void)
{
    while(((UART1->USR2)&0x01) == 0);          //等待前一个接收流程完毕
    return UART1->URXD;
}

/**
 * @brief           发送字符串
 * 
 * @param str       待发送的字符串 
 */
void puts(unsigned *str)
{
    char *p = str;
    while(*p){
        putc(*p++);
    }
}

这样就完成了所有的功能定义。

文件结构：

UART功能的文件结构和其他外设一样

十二.UART串口通讯

两个文件如下：

/**
 * @file bsp_uart.c
 * @author your name (you@domain.com)
 * @brief uart功能定义
 * @version 0.1
 * @date 2022-01-17
 * 
 * @copyright Copyright (c) 2022
 * 
 */
#include "bsp_uart.h"

//初始化uart1,波特率固定为115200
void uart_init(void)
{
    uart_io_init();             //IO初始化
    uart_disable(UART1);        //关闭串口
    uart_softreset(UART1);      //复位UART1

    /*配置UART1*/
    UART1->UCR1 = 0;
    // UART1->UCR1 &= ~(1<<14);

    /*配置UCR2*/
    UART1->UCR2 = 0;                                 //清除UCR0
    UART1->UCR2 |= (1<<1) |(1<<2) |(1<<5)|(1<<14);   //从左起:RXEN=1 TXEN=1 WS=1 IRTS=1
                                                     //接收、发送使能、数据长度为8bit 忽略RTS引脚
    /*配置UCR3*/
    UART1->UCR3 |= (1<<2);                           //RXDMUXSEL=1

    //波特率设置115200
    UART1->UFCR &= ~(7<<7);                          //RFDIV进行清零
    UART1->UFCR = 5<<7;                              //设置1分频,uart_clk=80MHz

    UART1->UBIR = 71;
    UART1->UBMR = 3124;

    uart_enable(UART1);         //使能UART1
}

/**
 * @brief IO初始化为UART
 * 
 */
void uart_io_init(void)
{   
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0);//复用为UART1_TX 
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0x10b0);

    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0x10b0);
}


/**
 * @brief           关闭UART串口
 * 
 * @param base      UART结构体
 */
void uart_disable(UART_Type *base)
{
    base->UCR1 &= (1<<0);
}


/**
 * @brief           使能UART串口
 * 
 * @param base      UART结构体
 */
void uart_enable(UART_Type *base)
{
    base->UCR1 |= (1<<0);
}


/**
 * @brief           UART软复位
 * 
 * @param base      UART结构体
 */
void uart_softreset(UART_Type *base)
{
    base->UCR2 &= ~(1<<0);                     //SRET=0
    while((base->UCR2 & 0x01) == 0 );          //复位完毕，SRET=1
}


/**
 * @brief           通过UART1发送1个字符
 * 
 * @param c         待发送的字符
 */
void putc(unsigned char c)
{
    while(((UART1->USR2 >>3) & 0x01) == 0);     //等待前一个发送流程完毕
    UART1->UTXD = (c & 0xFF);
}

/*通过UART1接收一个字符*/
unsigned char getc(void)
{
    while(((UART1->USR2)&0x01) == 0);          //等待前一个接收流程完毕
    return UART1->URXD;
}

/**
 * @brief           发送字符串
 * 
 * @param str       待发送的字符串 
 */
void puts(unsigned *str)
{
    char *p = str;
    while(*p){
        putc(*p++);
    }
}

bsp_uart.c