UART串口

　　通用異步接收器和發(fā)送器（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter） 簡稱UART。通常是嵌入式設(shè)備中默認(rèn)都會配置的通信接口。這是因為，很多嵌入式設(shè)備沒有顯示屏，無法獲得嵌入式設(shè)備實時數(shù)據(jù)信息，通過UART串口和超級終端相連，打印嵌入式設(shè)備輸出信息。并且在對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤和調(diào)試時，UART串口了是必要的通信手段。比如：網(wǎng)絡(luò)路由器，交換機等都要通過串口來進(jìn)行配置。UART串口還是許多硬件數(shù)據(jù)輸出的主要接口，如GPS接收器就是通過UART串口輸出GPS接收數(shù)據(jù)的。

　　UART功能

　　計算機內(nèi)部采用并行數(shù)據(jù)，不能直接把數(shù)據(jù)發(fā)到Modem，必須經(jīng)過UART整理才能進(jìn)行異步傳輸，其過程為：CPU先把準(zhǔn)備寫入串行設(shè)備的數(shù)據(jù)放到UART的寄存器（臨時內(nèi)存塊）中，再通過FIFO（First Input First Output，先入先出隊列）傳送到串行設(shè)備，若是沒有FIFO，信息將變得雜亂無章，不可能傳送到Modem。

　　它是用于控制計算機與串行設(shè)備的芯片。有一點要注意的是，它提供了RS-232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口，這樣計算機就可以和調(diào)制解調(diào)器或其它使用RS-232C接口的串行設(shè)備通信了。作為接口的一部分，UART還提供以下功能：將由計算機內(nèi)部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出的串行數(shù)據(jù)流。將計算機外部來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)，供計算機內(nèi)部并行數(shù)據(jù)的器件使用。在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗位，并對從外部接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗。在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟停標(biāo)記，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟停標(biāo)記。處理由鍵盤或鼠標(biāo)發(fā)出的中斷信號（鍵盤和鼠標(biāo)也是串行設(shè)備）?？梢蕴幚碛嬎銠C與外部串行設(shè)備的同步管理問題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，比較新的UART是16550，它可以在計算機需要處理數(shù)據(jù)前在其緩沖區(qū)內(nèi)存儲16字節(jié)數(shù)據(jù)，而通常的UART是8250。如果您購買一個內(nèi)置的調(diào)制解調(diào)器，此調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部通常就會有16550 UART。

　　UART基本結(jié)構(gòu)

　　⑴輸出緩沖寄存器，它接收CPU從數(shù)據(jù)總線上送來的并行數(shù)據(jù)，并加以保存。

　?、?輸出移位寄存器，它接收從輸出緩沖器送來的并行數(shù)據(jù)，以發(fā)送時鐘的速率把數(shù)據(jù)逐位移出，即將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出。

　　⑶ 輸入移位寄存器，它以接收時鐘的速率把出現(xiàn)在串行數(shù)據(jù)輸入線上的數(shù)據(jù)逐位移入，當(dāng)數(shù)據(jù)裝滿后，并行送往輸入緩沖寄存器，即將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。

　?、?輸入緩沖寄存器，它從輸入移位寄存器中接收并行數(shù)據(jù)，然后由CPU取走。

　?、煽刂萍拇嫫鳎邮誄PU送來的控制字，由控制字的內(nèi)容，決定通信時的傳輸方式以及數(shù)據(jù)格式等。例如采用異步方式還是同步方式，數(shù)據(jù)字符的位數(shù)，有無奇偶校驗，是奇校驗還是偶校驗，停止位的位數(shù)等參數(shù)。

　?、薁顟B(tài)寄存器。狀態(tài)寄存器中存放著接口的各種狀態(tài)信息，例如輸出緩沖區(qū)是否空，輸入字符是否準(zhǔn)備好等。在通信過程中，當(dāng)符合某種狀態(tài)時，接口中的狀態(tài)檢測邏輯將狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位置“1”，以便讓CPU查詢。

　　異步通信和同步通信

　　圖2-56同步信號與異步信號

　　同步通信技術(shù)

　　在發(fā)送數(shù)據(jù)信號的時候，會同時送出一根同步時鐘信號， 用來同步發(fā)送方和接收方的數(shù)據(jù)采樣頻率。如圖2-56所示，同步通信時，信號線1是一根同步時鐘信號線，以固定的頻率進(jìn)行電平的切換，其頻率周期為t，在每個電平的上升沿之后進(jìn)行對同步送出的數(shù)據(jù)信號線2進(jìn)行采樣（高電平代表1，低電平代表0），根據(jù)采樣數(shù)據(jù)電平高低取得輸出數(shù)據(jù)信息。如果雙方?jīng)]有同步時鐘的話，那么接收方就不知道采樣周期，也就不能正常的取得數(shù)據(jù)信息。

　　異步通信技術(shù)

　　在異步通信技術(shù)中，數(shù)據(jù)發(fā)送方和數(shù)據(jù)接收方?jīng)]有同步時鐘，只有數(shù)據(jù)信號線，只不過發(fā)送端和接收端會按照協(xié)商好的協(xié)議（固定頻率）來進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。數(shù)據(jù)發(fā)送方以每秒鐘57600bits的速度發(fā)送數(shù)據(jù)，接收方也以57600bits的速度去接收數(shù)據(jù)，這樣就可以保證數(shù)據(jù)的有效和正確。通常異步通信中使用波特率（Baud-Rate）來規(guī)定雙方傳輸速度，其單位為bps（bits per second每秒傳輸位數(shù)）。

　　數(shù)據(jù)的串行和并行通信方式

　　串行通信好比是一列縱隊，每個數(shù)據(jù)元素依次縱向排列。如圖2-57所示，傳輸時一個比特一個比特的串行傳輸，每個時鐘周期傳輸一個比特，這種傳輸方式相對比較簡單，速度較慢，但是使用總線數(shù)較少，通常一根接收線，一根發(fā)送線即可實現(xiàn)串行通信。它的缺點是要增加額外的數(shù)據(jù)來控制一個數(shù)據(jù)幀的開始和結(jié)束。

　　并行通信好比一排橫隊，齊頭并進(jìn)同時傳輸。這種通信方式每個時鐘周期傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和其總線寬度成正比，但是實現(xiàn)較為復(fù)雜。UART通信采用的是串行方式進(jìn)行通信的。

　　圖2-57串行數(shù)據(jù)通信與并行數(shù)據(jù)通信