UART
一、S3C2410內置的UART控制器
S3C2410內部具有3個獨立的UART控制器，每個控制器都可以工作在Interrupt（中斷）模式或DMA（直接內存訪問）模式，也就是說UART控制器可以在CPU與UART控制器傳送數據的時候產生中斷或DMA請求。并且每個UART控制器均具有16字節的FIFO（先入先出寄存器），支持的最高波特率可達到115.2Kbps
圖5-11是S3C2410內部UART控制器的結構圖
圖5-11
通過上圖我們可以看到，每個UART控制器中大抵分為發送器和接收器兩部分，在發送器中如果當前UART處于FIFO模式，則有16B的發送緩沖寄存器，一般在發送數據時CPU會將數據先暫存到這16B中來，如果當前UART處于非FIFO模式，則這16B的緩沖寄存器是沒用的，我們只用到了這16B中最低一個字節的緩沖寄存器來存放數據也叫做Transmit Holding Register，而關鍵的一點是在發送器中發送緩沖器中的數據并不是直接送到輸出引腳上的，還必須要先送到發送移位寄存器也就是Transmit Shifter，然后再由Transmit Shifter送出到輸出引腳。而接收端這邊大概都是一樣，發送移位寄存器和接收移位寄存器對數據的發送和接收都是在波特率發生器產生的波特率下來進行控制的。而波特率的產生也需要在時鐘源的控制下才行
UART的操作
UART的操作分為以下幾個部分分別是數據發送、數據接收、產生中斷、產生波特率、Loopback模式、紅外模式以及自動流控模式。
數據發送：
發送的數據幀格式是可以編程設置的。它包含了起始位、5~8個數據位、可選的奇偶校驗位以及1~2位停止位。這些都是通過UART的控制寄存器 ULCONn 來設置的。
數據接收：
同發送一樣，接收的數據幀格式也是可以進行編程設置的。此外，還具備了檢測溢出出錯、奇偶校驗出錯、幀出錯等出錯檢測，并且每種錯誤都可以設置相應的錯誤標志。
自動流控模式：
S3C2410的UART0和UART1都可以通過各自的nRTS和nCTS信號來實現自動流控。在自動流控（AFC）模式下nRTS取決于接收端的狀態，而nCTS控制了發送端的操作。具體地說：只有當nCTS有效時（表明接收方的FIFO已經準備就緒來接收數據了因為接收端的nRTS是和發送端的nCTS連接的nCTS有效也就表示接收端的nRTS有效也就表示接收方的FIFO已經準備好接收數據啦），UART才會將FIFO中的數據發送出去。在UART接收資料之前，只要當接收FIFO有至少2-byte空余的時候，nRTS就會被置為有效。圖5-12是UART 自動流控模式的連接方式
圖5-12
中斷/DMA請求產生
S3C2410的每個UART都有7種狀態，分別是：溢出覆蓋（Overrun）錯誤、奇偶校驗錯誤、幀出錯、斷線錯誤(暫停態)、接收就緒(接收緩沖區準備好)、發送緩沖空閑、發送移位器空閑。它們在UART狀態寄存器UTRSTATn / UERSTATn 中有相應的標志位。
波特率發生器
每個UART控制器都有各自的波特率發生器來產生發送和接收資料所用的序列時鐘，波特率發生器的時鐘源可以由CPU內部的系統時鐘(PCLK)，也可以從CPU的 UCLK (外部UART設備的時鐘)管腳由外部取得時鐘信號，并且可以通過 UCONn 選擇各自的時鐘源。
波特率產生的具體計算方法如下：
當選擇CPU內部時鐘(PCLK)時：
UBRDIVn=(int)(PCLK/(bps*16))-1,bps為所需要的波特率值，PCLK為CPU內部外設總線（APB）的工作時鐘。
當需要得到更精確的波特率時，可以選擇由 UCLK 引入的外部時鐘來生成。
UBRDIVn=(int)(UCLK/(bps*16))-1
LoopBack操作模式：
S3C2410 CPU的UART提供了一種測試模式，也就是這里所說的LoopBack模式。在設計系統的具體應用時，為了判斷通訊故障是由于外部的數據鏈路上的問題，還是CPU內驅動程序或CPU本身的問題，這就需要采用LoopBack模式來進行測試。在LoopBack模式中，資料發送端TXD在UART內部就從邏輯上與接收端RXD連在一起，并可以來驗證資料的收發是否正常。
UART控制寄存器
下面將針對UART的各個控制寄存器逐一進行講解，以期對UART的操作和設置能有更進一步的了解。
ULCONn （UART Line Control Register）見圖5-13
圖5-13
Word Length ：決定每幀的數據位數
Number of Stop Bit ：停止位數
Parity Mode ：奇偶校驗位類型
Infra-Red Mode ：UART/紅外模式選擇（當以UART模式工作時，需設為“0”）
UCONn （UART Control Register）見圖5-14
Receive Mode ：選擇接收模式。如果是采用DMA模式的話，還需要指定說使用的DMA信道。
Transmit Mode ：同上。
Send Break Signal ：選擇是否在傳送一幀數據中途發送Break信號。
Loopback Mode ：選擇是否將UART置于Loopback測試模式。
Rx Error Status Interrupt Enable ：選擇是否使能當發生接收異常時，是否產生接收錯誤中斷。
Rx Time Out Enable ：是否使能接收超時中斷。
Rx Interrupt Type ：選擇接收中斷類型。
選擇0：Pulse（脈沖式/邊沿式中斷。非FIFO模式時，一旦接收緩沖區中有資料，即產生一個中斷；為FIFO模式時，一旦當FIFO中的資料達到一定的觸發水平后，即產生一個中斷）
選擇1：Level（電平模式中斷。非FIFO模式時，只要接收緩沖區中有資料，即產生中斷；為FIFO模式時，只要FIFO中的資料達到觸發水平后，即產生中斷）
Tx Interrupt Type ：類同于Rx Interrupt Type
Clock Selection ：選擇UART波特率發生器的時鐘源。
圖5-14
UFCONn （UART FIFO Conrtol Register）用于對收發緩沖的管理，包括緩沖的觸發字節數的設置，FIFO的使能見圖5-15
FIFO Enable ：FIFO使能選擇。
Rx FIFO Reset ：選擇當復位接收FIFO時是否自動清除FIFO中的內容。
Tx FIFO Reset ：選擇當復位發送FIFO時是否自動清除FIFO中的內容。
Rx FIFO Trigger Level ：選擇接收FIFO的觸發水平。
Tx FIFO Trigger Level ：選擇發送FIFO的觸發水平。
圖5-15
UMCONn （UART Modem Control Register）見圖5-16
Request to Send ：如果在AFC模式下，該位將由UART控制器自動設置；否則的話就必須由用戶的軟件來控制。
Auto Flow Control ：選擇是否使能自動流控（AFC）。
圖5-16
UTRSTATn （UART TX/RX Status Register）見圖5-17
Receive buffer data ready :當接收緩沖寄存器從UART接收端口接收到有效資料時將自動置“1”。反之為“0”則表示緩沖器中沒有資料。
Transmit buffer empty ：當發送緩沖寄存器中為空，自動置“1”；反之表明緩沖器中正有資料等待發送。
Transmitter empty ：當發送緩沖器中已經沒有有效資料時，自動置“1”；反之表明尚有資料未發送。
圖5-17
UERSTATn （UART Error Status Register）見圖5-18
Overrun Error ：為“1”，表明發生Overrun錯誤。
Frame Error ：為“1”。表明發生Frame（幀）錯誤。
圖5-18
UFSTATn ：（UART FIFO Status Register）見圖5-19
Rx FIFO Count :接收FIFO中當前存放的字節數。
Tx FIFO Count :發送FIFO中當前存放的字節數。
Rx FIFO Full :為“1“表明接收FIFO已滿。
Tx FIFO Full :為“1“表明發送FIFO已滿。
圖5-19
UMSTATn ：（UART FIFO Status Register）見圖5-20
Clear to Send ：為“0”表示CTS無效；為“1”表示CTS有效。
Delta CTS ：指示自從上次CPU訪問該位后，nCTS的狀態有無發生改變。
為“0”則說明不曾改變；反之表明nCTS信號已經變化了。
圖5-20
UTXHn 和 URXHn 分別是UART發送和接收資料寄存器
這兩個寄存器存放著發送和接收的資料，當然只有一個字節８位資料。需要注意的是在發生溢出錯誤的時候，接收的資料必須要被讀出來，否則會引發下次溢出錯誤
UBRDIVn ：（UART Baud Rate Divisor Register）見圖5-21
圖5-21
接著我們通過結合代碼來看看具體在程序中怎樣來操作UART的流程：
先來看看在C代碼中對用到的UART多個寄存器的定義：
#define UART_CTL_BASE 0x50000000 //UART0的寄存器的起始地址也就是ULCON0的地址
#define UART0_CTL_BASE UART_CTL_BASE
#define bUART(x, Nb) __REGl(UART_CTL_BASE + (x)*0x4000 + (Nb)) //因為考慮到UART1與UART0相應的寄存器地址相差0x4000所以這里也考慮到了對UART1和UART2的使用，而上面__REGl的定義：
#define __REG(x) (*(volatile unsigned long *)(x))
#define __REGl(x) __REG(x)
#define bUARTb(x, Nb) __REGb(UART_CTL_BASE + (x)*0x4000 + (Nb)) //#define __REGb(x) (*(volatile unsigned char *)(x))
/* offset */
#define oULCON 0x00
#define oUCON 0x04
#define oUFCON 0x08
#define oUMCON 0x0c
#define oUTRSTAT 0x10
#define oUERSTAT 0x14
#define oUFSTAT 0x18
#define oUMSTAT 0x1c
#define oUTXHL 0x20
#define oUTXHB 0x23
#define oURXHL 0x24
#define oURXHB 0x27
#define oUBRDIV 0x28
/* Registers */
#define ULCON0 bUART(0, oULCON)
#define UCON0 bUART(0, oUCON)
#define UFCON0 bUART(0, oUFCON)
#define UMCON0 bUART(0, oUMCON)
#define UTRSTAT0 bUART(0, oUTRSTAT)
#define UERSTAT0 bUART(0, oUERSTAT)
#define UFSTAT0 bUART(0, oUFSTAT)
#define UMSTAT0 bUART(0, oUMSTAT)
#define UTXH0 bUART(0, oUTXHL)
#define URXH0 bUART(0, oURXHL)
#define UBRDIV0 bUART(0, oUBRDIV)
/* state */
#define UTRSTAT_TX_EMPTY (1 << 2)
#define UTRSTAT_RX_READY (1 << 0)
#define UART_ERR_MASK 0x0f
再來看看真正對UART的操作：
void init_uart(void)
{
ULCON0 = vULCON0; //#define vULCON0 0x03 表示每幀有8個數據位，1個停止位，不進行奇偶校驗，正常模式
UCON0 = vUCON0; //#define vUCON0 0x245 表示接收模式和發送模式都是中斷或輪詢模式，當發生接收異常時，產生接收錯誤中斷，發送中斷類型為Level，接收中斷類型為Pulse，波特率時鐘源為PCLK
UFCON0 = vUFCON0;
UMCON0 = vUMCON0;
UBRDIV0 = 12;
}
void putc(char c)
{
char i;
while (!(UTRSTAT0 & UTRSTAT_TX_EMPTY)) { //不斷的查詢，直到發送緩沖寄存器和和移位寄存器都不為空，就可以發送數據
;
}
for (i=0; i<10; i++) {
;
}
UTXH0 = c; //直接將要發送的字符賦值給發送寄存器發送出去
}
unsigned char getc(void)
{
while (!(UTRSTAT0 & UTRSTAT_RX_READY)) {
;
}
return URXH0; //直接從接收寄存器中返回接收到的1個字節的數據
}