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UART串口通信協(xié)議詳解

我快閉嘴 ? 來(lái)源:全棧芯片工程師 ? 作者:Chiptist ? 2022-09-07 09:47 ? 次閱讀

通用異步收發(fā)傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通常稱(chēng)作UATR,是一種串行、異步、全雙工的收發(fā)器。全雙工的UART支持同時(shí)雙向通信,是嵌入式系統(tǒng)必不可少的debug接口

什么是全雙工?什么是半雙工?

全雙工:同一時(shí)刻,兩個(gè)設(shè)備都在收發(fā)數(shù)據(jù),比如SPI。注意QSPI是半雙工,因?yàn)?根線只能同時(shí)收或者發(fā)。

半雙工:兩設(shè)備間可以收發(fā)數(shù)據(jù),但只能收完再發(fā)或發(fā)完再收。

單工:任何時(shí)刻只能進(jìn)行一個(gè)方向的通訊,且固定一方為發(fā)送設(shè)備,一方為接收設(shè)備。

串口通信協(xié)議

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空閑位:不通信時(shí),TX & RX是邏輯“1”狀態(tài),表示當(dāng)前線路無(wú)數(shù)據(jù)傳輸。

起始位:發(fā)送“0”,表示傳輸開(kāi)始。

數(shù)據(jù)位:起始位之后,數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是5、6、7、8等,一般是8bit,采用ASCII碼。從最低位開(kāi)始傳送,根據(jù)波特率在數(shù)據(jù)bit穩(wěn)定的中間位置采樣。

奇偶校驗(yàn)位:數(shù)據(jù)位加上這一位后,使得“1”的位數(shù)為偶數(shù),則為偶校驗(yàn),使得“1”的位數(shù)為奇數(shù)則為奇校驗(yàn),以次來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。

比如一個(gè) 8 位長(zhǎng)的有效數(shù)據(jù)為:10100101,此時(shí)總共有 4 個(gè)“ 1”,

為達(dá)到奇校驗(yàn)效果,校驗(yàn)位應(yīng)為“ 1”,即有效數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位中“ 1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。

為達(dá)到偶校驗(yàn)效果,校驗(yàn)位應(yīng)為“ 0”,即有效數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位中“ 1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。

注意,UART校驗(yàn)方法有:奇校驗(yàn)(odd)、偶校驗(yàn)(even)、0校驗(yàn)(space)、0校驗(yàn)(mark)、無(wú)校驗(yàn)(noparity),為了提高實(shí)際帶寬,一般可省去校驗(yàn)位,即選擇無(wú)校驗(yàn),思考下為什么?

0 校驗(yàn)是不管有效數(shù)據(jù)是什么,校驗(yàn)位固定為“ 0”。1 校驗(yàn)是校驗(yàn)位固定為“ 1”。

無(wú)校驗(yàn)就是數(shù)據(jù)包中不包含校驗(yàn)位。

停止位:一個(gè)字符數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束標(biāo)志,可以是1位、1.5位、2位的高電平。停止位不僅表示傳輸?shù)慕Y(jié)束,并且可提供校正時(shí)鐘同步。停止位的位數(shù)越多,時(shí)鐘容忍程度越大,但有效帶寬就越小。

波特率

數(shù)據(jù)傳輸速率使用波特率來(lái)表示。單位bps(bits per second),常見(jiàn)的波特率9600bps、19200bps、115200bps等,如果串口波特率設(shè)置為9600bps,那么傳輸1bit數(shù)據(jù)需要的時(shí)間是1/9600≈104.2us。

帶上校驗(yàn)位,傳送一個(gè)字符數(shù)據(jù)實(shí)際是11個(gè)比特(1bit開(kāi)始位、8bit數(shù)據(jù)位、1bit校驗(yàn)位、1bit停止位),有效的傳輸速率實(shí)際為9600*8/11= 6982bps。

不帶校驗(yàn)位,傳送一個(gè)字符數(shù)據(jù)實(shí)際是10個(gè)比特(1bit開(kāi)始位、8bit數(shù)據(jù)位、1bit停止位),有效的傳輸速率實(shí)際為9600*8/10=7680bps。

這就是為何不傳校驗(yàn)位,可以提高一點(diǎn)帶寬,也就是所謂的開(kāi)銷(xiāo)。

以小編設(shè)計(jì)的RISC-V SoC為例,仿真UART:

e0205e78-2de8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

寫(xiě)個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試程序:

e04bb5e6-2de8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

配置波特率115200bps:

e0726074-2de8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

觀察到1bit的傳輸時(shí)間為8.8us,1s/115200bps=8.68us, 基本符合預(yù)期。

e09dc796-2de8-11ed-ba43-dac502259ad0.png

仿真打印效果:

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審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:UART通信協(xié)議及SoC仿真

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