目录
一、认识 UART
1、概念
UART 是一种通用的串行、异步通信总线，该总线有两条数据线，TXD 用于发送数据，RXD用于接收数据，可以实现全双工的发送和接收，在嵌入式系统中常用于主机与辅助设备之间的通信。
2、帧格式
UART帧格式如下：
空闲位：没有任何数据的传输（默认维持在高电平）
起始位：表示要开始发送数据了，此时会变为低电平
数据位：一般有8位，代表一个字节。
校验位：方便接收方核对数据是否被篡改（可有可无）
停止位：表示一帧数据的结束。相当于告知对方数据发送完毕，重新回到高电平（空闲状态）
二、IO 复用为 UART 寄存器解析
既然涉及到 IO，那就需要考虑配置引脚复用为 UART 功能。
1、原理图分析
首先在底板原理图中找到 USB USART 模块，现在电脑上更多的还是 USB 接口，所以便催生出了许多串口TTL转USB 的芯片（如CH340、PL2303）
然后我们再去核心板找一下 UART1_RXD 和 UART1_TXD 连接到了核心板的哪两个引脚。
因此，我们需要找到和 UART1 相关，而且和 TXD、RXD 相关的寄存器。
2、寄存器解析
既然涉及到引脚复用，那就涉及到复用配置和电气属性配置。
- IO 复用
- IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_TX_DATA
- IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_RX_DATA
- 配置电气属性
- IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_UART1_TX_DATA
- IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_UART1_RX_DATA
/************ 配置 IO 复用 **********/
寄存器: IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_TX_DATA
基地址: 0x20E0084
初始化操作:
IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_TX_DATA &= ~(0xF);
寄存器: IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_RX_DATA
基地址: 0x20E0088
初始化操作:
IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_RX_DATA &= ~(0xF);
/************ 配置电气属性 **********/
// 主要参考之前 LED 的电气属性配置
寄存器: IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_UART1_TX_DATA
基地址: 0x20E0310
初始化操作:
IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_TX_DATA = 0x10B0;
寄存器: IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_UART1_RX_DATA
基地址: 0x20E0314
初始化操作:
IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_UART1_RX_DATA = 0x10B0;电气属性配置参考：LED 驱动寄存器解析
三、UART 相关寄存器解析
下面是和 UART 初始化相关的寄存器：
- UARTx_UCR1~4：串口配置寄存器。串口使能、数据位位数、停止位位数等。
- UARTx_USR1~2：串口状态寄存器。可用于判断是否接收到数据、数据是否发送完毕等。
- UARTx_UFCR、UARTx_UBIR、UARTx_UBMR：搭配使用，用于配置波特率
和 UART 实际应用相关的寄存器：
- UARTx_URXD：保存接收到的数据、接收是否存在错误等
- UARTx_UTXD：保存用于发送的数据
1、UART1_UCR1~4
UARTx_UCR1：
① bit 0：UART 关闭 / 使能。（0：禁止 1：使能）
② bit 14：自动检测波特率使能。这里设为禁止，因为后面我们会通过寄存器手动设置波特率
UARTx_UCR2：
① bit 0：软复位。重置发射机、接收机、所有的FIFO以及相关寄存器。
② bit 1：接收机使能（接收数据使能。0：禁止 1：使能）
③ bit 2：发射机使能（发送数据使能。0：禁止 1：使能）
④ bit 5：设置数据位长度（不含起始位、停止位、校验位。0：数据位为7位 1：数据位为8位）
⑤ bit 6：设置停止位长度（0：停止位为1位 1：停止位为2位）
⑥ bit 7：设置奇偶校验（0：偶校验 1：奇校验）
⑦ bit 8：校验使能（0：禁止 1：使能）
⑧ bit 14：是否无视RTS引脚（0：使用RTS引脚 1：无视RTS引脚）
UARTx_UCR3：
① bit 2：复用选择。如果UART是某个引脚复用的，那么该位需要被置1
UARTx_UCR4（没有需要配置的位）
寄存器: UART1_UCR1
基地址: 0x2020080
初始化操作:
/*
* bit 0: 0 初始禁止（等其他寄存器配置完了再使能）
* bit 14: 0 禁止自动检测波特率
*/
UART1_UCR1 &= ~(1 << 0);
UART1_UCR1 &= ~(1 << 14);
寄存器: UART1_UCR2
基地址: 0x2020084
初始化操作:
/*
* bit 0: 0 软复位（放在其他配置之前，等待软复位结束再配置其他寄存器）
* bit 1: 1 接收使能
* bit 2: 1 发送使能
* bit 5: 1 数据位为 8 bit
* bit 6: 0 停止位占 1 bit
* bit 8: 0 关闭奇偶校验
* bit 14: 1 无视RTS引脚（无需硬件流控）
*/
UART1_UCR2 &= ~(1 << 0);
while((UART1_UCR2 & 0x01) == 0); // 等待软复位结束
UART1_UCR2 |= ((1 << 1) | (1 << 2) | (1 << 5) | (1 << 14));
UART1_UCR2 &= ~((1 << 6) | (1 << 8));
寄存器: UART1_UCR3
基地址: 0x2020088
初始化操作:
UART1_UCR3 |= (1 << 2); // 只要被复用为 UART1 功能，该位需置1
寄存器: UART1_UCR4
基地址: 0x202008C
2、UART1_USR1~2
这里我们主要关注的是 UARTx_USR2 中的 bit 0 和 bit 3
- bit 0：数据是否准备就绪（是否接收到数据）
- bit 3：数据是否发送完毕
寄存器: UART1_USR2
基地址: 0x20200983、波特率配置
波特率的计算公式如下。主要涉及到以下三个寄存器，我们主要设置的是：
- UARTx_UFCR：设置 uart 时钟的分频数。
- UARTx_UBIR：bit 15-0
- UARTx_UBMR：bit 15-0
(1) Ref Freq
UART 的时钟源来自系统时钟PLL3（480MHz），经过 6 分频和 1 分频以后，得到的uart_clk = 80MHz。
UART 内部还可以再次分频，最终得到的就是 Ref Freq
(2) 寄存器配置
假设我们要设置的波特率是 115200，内部不分频（UARTx_UFCR = 1），因此，接下来需要确定的是 UBMR 和 UBIR。直接公布答案，数字是凑出来的。
- UARTx_UFCR = 1
- UBIR = 71
- UBMR = 3124
寄存器: UART1_UFCR
基地址: 0x2020090
初始化操作:
/*
* bit 9-7: 101 分频数为1
*/
UART1_UFCR &= ~(7 << 7);
UART1_UFCR |= (5 << 7);
寄存器: UART1_UBIR
基地址: 0x20200A4
初始化操作:
UART1_UBIR = 0;
UART1_UBIR = 71;
寄存器: UART1_UBMR
基地址: 0x20200A8
初始化操作:
UART1_UBMR = 0;
UART1_UBMR = 3124;
4、UART1_URXD
寄存器: UART1_URXD
基地址: 0x2020000
获取接收数据: UART1_URXD & 0xFF5、UART1_UTXD
寄存器: UART1_UTXD
基地址: 0x2020040
设置发送内容:
UART1_UTXD &= ~0xFF; // 低 8 位清零
UART1_UTXD |= val; // val 表示要填入的发送内容