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串口

本文轉載自   查看原文   2021-11-25 19:39   180    Linux嵌入式——裸機開發

1. 串口原理

image

  • UART_URXD寄存器保存着串口接收到的數據
  • UART_UTXD寄存器為發送數據寄存器，如果需要串口發送數據，只需要寫入到這個結存器
  • UARTx_UCR1到UARTx_UCR4都是控制寄存器
  • UCR1的bit0是使能位，bit是發送完了產生中斷，14是自動監測波特率使能位，為1的時候使能
  • UCR2的bit0位軟件復位位，為0的時候復位UART bit1是使能接受，bit2位發送使能，都設置為1，bit4請求發送中斷使能（可以不用設置） bit5設置數據位，0是7位，1表示8位，bit6是停止位，0是1個停止位，1表示兩位，bit7是奇偶校驗位，為0是偶校驗，bit8是開不開校驗
  • UCR3 bit2必須一直是1
  • UCR4沒用到
  • USR2狀態寄存器，bit0表示已接收到數據，有數據可以讀取，bit0 = 1，要判斷；bit3是發送完成，也要判斷
  • UART_UFCR的bit7-9設置分頻值，在時鍾樹上，是80Mhz, CSCDRde UART_CLK_SEL設置時鍾源，為0就是PLL3的80M，否則是OSC晶振24M；CSCDR1的UART_CLK_PODF用來控制分頻，一般為1
  • UART_UFCR、UBIR和UBMR這三個寄存器決定了串口波特率
    image
    如果是115200的話，自己算吧

2. 步驟

image

3. 代碼

bsp_uart.h

#ifndef __BSP_UART_H
#define __BSP_UART_H

#include "imx6ul.h"
/* 函數聲明 */
void uart_init(void);
void uart_io_init(void);
void uart_disable(UART_Type *base);
void uart_enable(UART_Type *base);
void uart_softreset(UART_Type *base);
void uart_setbaudrate(UART_Type *base,
                      unsigned int baudrate,
                      unsigned int srcclock_hz);
void putc(unsigned char c);
void puts(char *str);
unsigned char getc(void);
void raise(int sig_nr);
#endif // !__BSP_UART_H

bsp_uart.c

#include "bsp_uart.h"

/*
 * @description : 初始化串口 1,波特率為 115200
 * @param : 無  
 * @return : 無 
 * */
void uart_init()
{
    /* 初始化UART1的IO */
    uart_io_init();

    /* 初始化UART1 */
    /* 關閉串口，前面的也可以先關閉 */
    uart_disable(UART1);        /* 先關閉 UART1 */
    uart_softreset(UART1);      /* 軟件復位 UART1 ，復位波特率*/

    UART1->UCR1 = 0;            /* 先清除 UCR1 寄存器 */
    UART1->UCR1 &= ~(1<<14);    /* 關閉自動波特率檢測 */

    /* 配置數據位，奇偶校驗 */
    /*
     * 設置 UART 的 UCR2 寄存器，設置字長，停止位，校驗模式，關閉硬件流控
     * bit14: 1 忽略 RTS 引腳
     * bit8: 0 關閉奇偶校驗
     * bit6: 0 1 位停止位
     * bit5: 1 8 位數據位
     * bit2: 1 打開發送
     * bit1: 1 打開接收
     */
    UART1->UCR2 |= (1<<14) | (1<<5) | (1<<2) | (1<<1);
    UART1->UCR3 |= 1<<2; /* UCR3 的 bit2 必須為 1 */
    /*
     * 設置波特率
     * 波特率計算公式:Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)) 
     * 如果要設置波特率為 115200，那么可以使用如下參數:
     * Ref Freq = 80M 也就是寄存器 UFCR 的 bit9:7=101, 表示 1 分頻
     * UBMR = 3124
     * UBIR = 71
     * 因此波特率= 80000000/(16 * (3124+1)/(71+1))
     * = 80000000/(16 * 3125/72) 
     * = (80000000*72) / (16*3125) 
     * = 115200
     */
    UART1->UFCR &= ~(7 << 7);
    UART1->UFCR = 5<<7; /* ref freq 等於 ipg_clk/1=80Mhz z注意是反着來的*/
    UART1->UBIR = 71;
    UART1->UBMR = 3124;

#if 0
    uart_setbaudrate(UART1, 115200, 80000000); /* 設置波特率 */
#endif

    uart_enable(UART1); /* 使能串口 */
}

/*
* @description : 初始化串口 1 所使用的 IO 引腳
* @param : 無
* @return : 無
*/
void uart_io_init()
{
    /* 初始化串口IO  */
    /* 首先是復用為0,就是發送接受 */
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0);
    /* 電氣屬性，和key一樣 */
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0x10B0);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0x10B0);
}
#if 0
/*
 * @description : 波特率計算公式，
 * 可以用此函數計算出指定串口對應的 UFCR，
 * UBIR 和 UBMR 這三個寄存器的值
 * @param - base : 要計算的串口。
 * @param - baudrate : 要使用的波特率。
 * @param - srcclock_hz : 串口時鍾源頻率，單位 Hz
 * @return : 無
 */
void uart_setbaudrate(UART_Type *base,
                      unsigned int baudrate,
                      unsigned int srcclock_hz)
{
    uint32_t numerator = 0u; 
    uint32_t denominator = 0U; 
    uint32_t divisor = 0U;
    uint32_t refFreqDiv = 0U;
    uint32_t divider = 1U;
    uint64_t baudDiff = 0U;
    uint64_t tempNumerator = 0U;
    uint32_t tempDenominator = 0u; 
    /* get the approximately maximum divisor */
    numerator = srcclock_hz;
    denominator = baudrate << 4;
    divisor = 1; 
    while (denominator != 0)
    {
        divisor = denominator;
        denominator = numerator % denominator;
        numerator = divisor;
    }
    numerator = srcclock_hz / divisor;
    denominator = (baudrate << 4) / divisor;
    /* numerator ranges from 1 ~ 7 * 64k */
    /* denominator ranges from 1 ~ 64k */
    if ((numerator > (UART_UBIR_INC_MASK * 7)) || (denominator >
                                                    UART_UBIR_INC_MASK))
    {
        uint32_t m = (numerator - 1) / (UART_UBIR_INC_MASK * 7) + 1;
        uint32_t n = (denominator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
        uint32_t max = m > n ? m : n;
        numerator /= max;
        denominator /= max;
        if (0 == numerator)
        {
            numerator = 1;
        }
        if (0 == denominator)
        {
            denominator = 1;
        }
    }
    divider = (numerator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
    switch (divider)
    {
        case 1:
            refFreqDiv = 0x05;
            break;
        case 2:
            refFreqDiv = 0x04;
            break;
        case 3:
            refFreqDiv = 0x03;
            break;
        case 4:
            refFreqDiv = 0x02;
            break;
        case 5:
            refFreqDiv = 0x01;
            break;
        case 6:
            refFreqDiv = 0x00;
            break;
        case 7:
            refFreqDiv = 0x06;
            break;
        default:
            refFreqDiv = 0x05;
            break;
    }
    /* Compare the difference between baudRate_Bps and calculated 
    * baud rate. Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)).
    * baudDiff = (srcClock_Hz/divider)/( 16 * ((numerator / 
    der)/ denominator).
    */
    tempNumerator = srcclock_hz;
    tempDenominator = (numerator << 4);
    divisor = 1;
    /* get the approximately maximum divisor */
    while (tempDenominator != 0)
    {
        divisor = tempDenominator;
        tempDenominator = tempNumerator % tempDenominator;
        tempNumerator = divisor;
    }
    tempNumerator = srcclock_hz / divisor;
    tempDenominator = (numerator << 4) / divisor;
    baudDiff = (tempNumerator * denominator) / tempDenominator;
    baudDiff = (baudDiff >= baudrate) ? (baudDiff - baudrate) : (baudrate - baudDiff);
    if (baudDiff < (baudrate / 100) * 3)
    {
        base->UFCR &= ~UART_UFCR_RFDIV_MASK;
        base->UFCR |= UART_UFCR_RFDIV(refFreqDiv);
        base->UBIR = UART_UBIR_INC(denominator - 1);
        base->UBMR = UART_UBMR_MOD(numerator / divider - 1);
    }
}
#endif
/* 關閉指定uart */
void uart_disable(UART_Type *base)
{
    base->UCR1 &= ~(1 << 0);
}
/* 打開指定uart */
void uart_enable(UART_Type *base)
{
    base->UCR1 |= (1 << 0);
}
/* 復位指定uart */
void uart_softreset(UART_Type *base)
{
    /* 首先將SRST_B清零，UCR2[0] */
    /* 指導SOFTRST為0 */
    base->UCR2 &= ~(1<<0); /* 復位 UART */
    while((base->UCR2 & 0x1) == 0); /* 等待復位完成 */
    /* 重寫UBIR和UBMR */
}
/* 發送一個字符 */
void putc(unsigned char c)
{
    while(((UART1->USR2 >> 3) &0X01) == 0);/* 等待上一次發送完成 */
    UART1->UTXD = c & 0XFF; /* 發送數據 */
}
/* 發送一個字符串 */
void puts(char *str)
{
    char *p = str;
    while(*p)
    {
        putc(*p++);
    }
}
/*
* @description : 接收一個字符
* @param : 無
* @return : 接收到的字符
*/
unsigned char getc(void)
{
    while((UART1->USR2 & 0x1) == 0); /* 等待接收完成 */
    return UART1->URXD; /* 返回接收到的數據 */
}
/*
* @description : 防止編譯器報錯
* @param : 無
* @return : 無
*/
void raise(int sig_nr)
{

}

main

#include "imx6ul.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_clk.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "bsp_beep.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_int.h"
#include "bsp_exit.h"
#include "bsp_epittimer.h"
#include "bsp_keyfilter.h"
#include "bsp_uart.h"

/*
 * @description	: mian函數
 * @param 		: 無
 * @return 		: 無
 */

int main(void)
{
	char a;
	/* 對於中斷的初始化，一定要放在代碼的最前面 */
	int_init();
	clk_init();			/* 系統時鍾初始化 */
	clk_enable();		/* 使能所有的時鍾 			*/
	delay_init();		/* 延時初始化 */
	uart_init();  		/* 初始化串口 */
	led_init();			/* 初始化led 			*/
	beep_init();		/* 初始化beep */
	filterkey_init();	/* 帶有消抖功能的按鍵 */

	while(1)			/* 死循環 				*/
	{	
		puts("請輸入一個字符：");
		a = getc();
		putc(a); //回顯
		puts("\r\n");

		puts("您輸入的字符為：");
		putc(a);
		puts("\r\n");
	}
	return 0;
}

4. 問題

putc puts的警告，因為C庫函數有這個函數所以編譯的時候需要加
-fno-builtin
image
串口linux是UTF-8
有可能串口是亂碼，如果設置好了串口還是亂碼，說明波特率有問題

uart_setbaudrate報錯：
需要在MakeFile中引入數學庫

LIBPATH := -lgcc -L /usr/local/arm/gcc-linaro-7.3.1-2018.05-x86_64_arm-linux-gnueabihf/lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/7.3.1

解決方法：
thumb conditional instruction should be in IT block -- `addcs r5,r5,#65536'

$(SOBJS) : obj/%.o : %.S
	$(GCC) -Wall -Wa,-mimplicit-it=thumb -fno-builtin -nostdlib -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<
$(COBJS) : obj/%.o : %.c
	$(GCC) -Wall -Wa,-mimplicit-it=thumb -fno-builtin -nostdlib -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<

5.printf

移植stdio
main

#include "imx6ul.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_clk.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "bsp_beep.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_int.h"
#include "bsp_exit.h"
#include "bsp_epittimer.h"
#include "bsp_keyfilter.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "stdio.h"

/*
 * @description	: mian函數
 * @param 		: 無
 * @return 		: 無
 */

int main(void)
{
	int a,b;
	/* 對於中斷的初始化，一定要放在代碼的最前面 */
	int_init();
	clk_init();			/* 系統時鍾初始化 */
	clk_enable();		/* 使能所有的時鍾 			*/
	delay_init();		/* 延時初始化 */
	uart_init();  		/* 初始化串口 */
	led_init();			/* 初始化led 			*/
	beep_init();		/* 初始化beep */
	filterkey_init();	/* 帶有消抖功能的按鍵 */

	while(1)			/* 死循環 				*/
	{	
		printf("請輸入兩個數字：");
		scanf("%d %d", &a, &b);
		printf("\r\n");
		printf("和為：%d", a + b);
		printf("\r\n");
	}
	return 0;
}

Makefile

# ?= 沒有賦值的話就賦值
CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-
TARGET 		  ?= bsp

# ：=覆蓋之前的值

GCC    			 := $(CROSS_COMPILE)gcc 
LD 				 := $(CROSS_COMPILE)ld
OBJCOPY 		 := $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP  		 := $(CROSS_COMPILE)objdump 

LIBPATH			 := -lgcc -L /usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4

# INCDIRS 包含整個工程的.h 頭文件目錄 \是換行符
INCDIRS          := imx6ull \
					bsp/clk \
					bsp/gpio \
					bsp/led \
					bsp/delay \
					bsp/beep \
					bsp/key \
					bsp/int \
					bsp/exit \
					bsp/epittimer \
					bsp/keyfilter \
					bsp/uart \
					stdio/include

# SRCDIRS 包含整個工程的.s .c文件目錄

SRCDIRS			 := project \
					bsp/clk \
					bsp/gpio \
					bsp/led \
					bsp/delay \
					bsp/beep \
					bsp/key \
					bsp/int \
					bsp/exit \
					bsp/epittimer \
					bsp/keyfilter \
					bsp/uart \
					stdio/lib

# patsubst的作用是給INCDIRS中的每個目錄前面加一個 -I，指明頭文件目錄時必須加
# -I imx6ull -I bsp/clk -I bsp/led -I bsp/delay 
INCLUDE 		 := $(patsubst %, -I %, $(INCDIRS))

# foreach dir對每個dir都執行一次，SRCDIRS中dir, 即上面的文件夾
# wildcard 取出文件夾內所有文件
# 比如bsp/clk/bsp_clk.c
SFILES 			 := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.S))
CFILES 			 := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.c))

# notdir 上面取出來之后去掉目錄
SFILENDIR 		 := $(notdir $(SFILES))
CFILENDIR  		 := $(notdir $(CFILES))

# 把所有的.s和.c都變成點o文件，並在前面加上obj
SOBJS  			 := $(patsubst %, obj/%, $(SFILENDIR:.S=.o))
COBJS 			 := $(patsubst %, obj/%, $(CFILENDIR:.c=.o))
OBJS 			 := $(SOBJS) $(COBJS)

# 相當於重命名
VPATH 			 := $(SRCDIRS)

.PHONY: clean

# 這段和以前是一樣的

$(TARGET).bin : $(OBJS)
	$(LD) -Timx6ul.lds -o $(TARGET).elf $^ $(LIBPATH)
	$(OBJCOPY) -O binary -S $(TARGET).elf $@
	$(OBJDUMP) -D -m arm $(TARGET).elf > $(TARGET).dis

# -Wall 編譯后顯示所有警告
# -nostdlib 不連接系統標准啟動文件和標准庫文件，只把指定的文件傳遞給連接器。
#			這個選項常用於編譯內核、bootloader等程序，它們不需要啟動文件、標准庫文件
# -O2   是比O1更高級的選項，進行更多的優化。
# 		Gcc將執行幾乎所有的不包含時間和空間折中的優化。
# 		當設置O2選項時，編譯器並不進行循環打開（）loop unrolling以及函數內聯。
# 		與O1比較而言，O2優化增加了編譯時間的基礎上，提高了生成代碼的執行效率。
# 這樣還能帶着.h文件一起編譯 

$(SOBJS) : obj/%.o : %.S
	$(GCC) -Wall -Wa,-mimplicit-it=thumb -fno-builtin -nostdlib -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<
$(COBJS) : obj/%.o : %.c
	$(GCC) -Wall -Wa,-mimplicit-it=thumb -fno-builtin -nostdlib -c -O2 $(INCLUDE) -o $@ $<

clean:
	rm -rf $(TARGET).elf $(TARGET).dis $(TARGET).bin $(COBJS) $(SOBJS)


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