第八天： 串口通信代码实战及uart stdio 移植

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1.S5PV210串行通信接口详解2

1. 本来串口的功能就是上节讲过的部分，但是后来的技术发展给串口叠加了一些高级功能，在像210这类的高级SoC的串口控制器中，都有这类高级功能。
2. FIFO模式及其作用

(1)典型的串口设计，发送/接收缓冲区只有1字节，每次发送/接收只能处理1帧数据。这样在单片机中没什么问题，但是到复杂SoC中（一般有操作系统的）就会有问题，会导致效率低下，因为CPU需要不断切换上下文。

(2)解决方案就是想办法扩展串口控制器的发送/接收缓冲区，譬如将发送/接收缓冲器设置为64字节，CPU一次过来直接给发送缓冲区64字节的待发送数据，然后transmitter慢慢发，发完再找CPU再要64字节。但是串口控制器本来的发送/接收缓冲区是固定的1字节长度的，所以做了个变相的扩展，就是FIFO。

(3)FIFO就是first in first out，先进先出。fifo其实是一种数据结构，这里这个大的缓冲区叫FIFO是因为这个缓冲区的工作方式类似于FIFO这种数据结构。

 

3. DMA模式及其作用

(1)DMA direct memory access，直接内存访问。DMA本来是DSP中的一种技术，DMA技术的核心就是在交换数据时不需要CPU参与，模块可以自己完成。

(2)DMA模式要解决的问题和上面FIFO模式是同一个问题，就是串口发送/接收要频繁的折腾CPU造成CPU反复切换上下文导致系统效率低下。

(3)传统的串口工作方式（无FIFO无DMA）效率是最低的，适合低端单片机；高端单片机上CPU事物繁忙所以都需要串口能够自己完成大量数据发送/接收。这时候就需要FIFO或者DMA模式。FIFO模式是一种轻量级的解决方案，DMA模式适合大量数据迸发式的发送/接收时。

 

4. IrDA模式及其用法

(1)IrDA其实就是红外，红外就是红外线通信（电视机、空调遥控器就是红外通信的）。

(2)红外通信的原理是发送方固定间隔时间向接收方发送红外信号（表示1或0）或者不发送红外信号（表示0或者1），接收方每隔固定时间去判断有无红外线信号来接收1和0.

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(3)分析可知，红外通信和串口通信非常像，都是每隔固定时间发送1或者0（判断1或0的物理方式不同）给接收方来通信。因此210就利用串口通信来实现了红外发送和接收。

(4)210的某个串口支持IrDA模式，开启红外模式后，我们只需要向串口写数据，这些数据就会以红外光的方式向外发射出去（当然是需要一些外部硬件支持的），然后接收方接收这些红外数据即可解码得到我们的发送信息。

 

 

 

2. S5PC210串口通信接口详解3
   1. 串行通信与中断的关系
      1. 串口通信分为发送/接受2部分。发送方一般不需要（也可以使用）中断即可完成发送，接受方必须（一般来说必须，也可以轮询方式接收）使用中断接收
      2. 发送方可以选择使用中断，也可以选择不使用中断。使用中断的工作情景是：发送方先设置好中断并绑定一个中断处理程序，然后发送方丟一帧数据给transmitter，transmitter发送耗费一段时间来发送这一帧数据，这段时间内发送方CPU可以去做别的事情，等transmitter发送完成会产生一个TXD中断，该中断会导致事先绑定的中断处理程序执行，在终端处理程序中CPU会切换回来继续给transmitter放一帧数据，然后CPU切换离开；不适用中断的工作情景是：发送方事先禁止TXD中断（当然也不需要给相应的中断处理程序了），发送方CPU给一帧数据到transmitter，然后transmitter耗费一段时间来发送这帧数据，这段时间CPU在这等着（CPU没有切换去做别的事情），待发送方发送完成后CPU再给它一帧数据继续发送直到所有数据发完。CPU是怎么知道transmitter已经发送完了？原来是有个状态寄存器，状态寄存器中有一个位叫发送缓冲区空标志，transmitter发送完成（发送缓冲区空了）就会给这个标志位置位，CPU就是通过不断查询这个标志位为1还是0来指导发送是否已经完成的。
      3. 因为串口通信是异步的，异步的意思就是说发送方占主导权。也就是说发送方随时想发就能发，但是接收方只有时刻等待才不会丢失数据。所以这个差异就导致发送方可以不用中断，而接收方不得不使用中断模式。
   2. 210串口通信的时钟设计
      1. 串口通信为什么需要时钟
         1. 因为串口通信需要一个固定的波特率，所以transmitter和receiver都需要一个时钟信号
         2. 时钟信号从哪里来？  源时钟信号时外部APB总线提供给串口提供给串口模块的（这就是为什么我们说串口是挂在APB总线上），然后进到串口控制器内部后给波特率发生器实质是一个分频器，在波特率发生器中进行分频，分频得到一个低频时钟，这个时钟就是给transmitter和receiver使用的
         3. 串口通信中时钟的设置主要是寄存器的操作，重点的有：  寄存器源设置（为串口控制器选择源时钟，一般选择为PCLK_PSYS，也可以是SCLK_UART），还有波特率发生器的2个寄存器。
         4. 波特率发生器有2个重要寄存器：UBRDIVn和UBRDIVn，其中UBRDIVn是主要的设置波特率的寄存器，UDIVSLOTn是用来辅助设置的，目的是为了校准波特率的。
3. S5PV210串行通信编程实战1
   1. 整个程序流程分析
      1. 整个串口通信相关包含两部分：uart_init负责初始化串口，uart_putc负责发送一个字节
   2. 串口控制器初始化关键步骤
      1. 初始化串口的Tx和Rx引脚所对应的GPIO（GPA0_1和GPA0_0）
      2. GPA0CON(0xE0200000),bit[3:0]=0b0010   bit[7:4] = 0b0010
      3. 初始化这几个关键寄存器UCON0   ULCON0 UMCON0 UBRDIVn UDIVSLOTn
      87. 主要的几个寄存器

(1)ULCON0 = 0x3                // 0校验位、8数据位、1停止位

(2)UCON = 0x5                // 发送和接收都是polling mode

(3)UMCON0 = 0x0                // 禁止modem、afc

(4)UFCON0 = 0x0                // 禁止FIFO模式

(5)UBRDIV0和UDIVSLOT0和波特率有关，要根据公式去算的

 

3. 在C源文件中定义访问寄存器的宏

定义好了访问寄存器的宏之后，将来写代码时直接使用即可。

 

4. S5PV210串行通信编程实战2

串口Tx、Rx对应的GPIO的初始化

给GPA0CON的相应bit位赋值为相应值，用C语言位操作来完成。

5. UCON、ULCON、UMCON、UFCON等主要控制寄存器

依据上节中分析的值进行依次设置即可。

6. 波特率的计算和设置

(1)第一步，用PCLK_PSYS和目标波特率去计算DIV_VAL: DIV_VAL = (PCLK / (bps x 16)) ?1

(2)第二步，UBRDIV0寄存器中写入DIV_VAL的整数部分

(3)第三步，用小数部分*16得到1个个数，查表得uBDIVSLOT0寄存器的设置值

7. 串口发送和接收函数的编写

(1)写发送函数，主要发送前要用while循环等待发送缓冲区为空才能发送。

8. 综合调试

注意Makefile的修改。

9. 扩展练习-更改波特率后再调试

自己练习。注意程序中改了波特率后，SecureCRT也要相应修改，不然收不到东西。

 

 

4. uart stdio 的移植1
   1. 什么是stdio?
      1. #include<stdio.h>
      2. standard input output ,标准输入输出
      3. 标准输入输出就是操作系统定义的默认的输入和输出通道。一般在PC的情况下，标准输入指的是键盘，标准输出指的是屏幕。
      4. printf 和scanf 函数可以和底层输入/输出函数绑定，然后这两个函数就可以和stdio绑定起来。也就是说我们直接调用printf函数输出，内容就会被标准输出输出出去。
      5. 在我们这里，标准输出当然不是屏幕了，而是串口。标准输出也不是键盘，而是串口。
   2. printf 函数的工作原理
      1. printf函数工作时内部实际调用了2个函数： 一个是vsprintf （主要功能是格式化打印信息，最终得到纯数字格式的打印信息等待输出），另一个就是真正的输出函数putc（操控标准输出的硬件，将信息发送出去）
   3. 移植printf函数的三种思路
      1. 我们希望在我们的开发板上使用printf函数进行（串口）输出。使用scanf函数进行（串口）输入，就像在PC机上键盘和屏幕进行输入输出一样。因此需要移植printf函数/scanf函数
      2. 我们说的移植不是编写，我们不希望自己完全从新编写而是想尽量借用也有的代码（叫移植）
      3. 一般移植printf函数可以有三个途径获取printf的实现源码：
         1. 最原始最原本的来源就是linux内核中的printk。难度较大、关键是麻烦；
         2. 简单一点的是从uboot中移植printf；
         3. 跟简单的就是直接使用别人移植好的。
         4. 我们使用第三种方法，别人一直好的printf函数来自于友善之臂的Tiny210的裸机教程。
   4. 移植好的printf介绍
   5. uart stdio  移植 
      1. 修改Makefile进行printf移植
      2. makefile及gcc的库文件介绍
      3. 多文件裸机工程及结构解析
      4. 编译运行及测试

5. uart stdio