1UART

UART是異步串口通信協(xié)議,英文全稱是Universal Asynchronous Receiver /Transmitter 即通用異步收發(fā)傳輸器，它不像SPI和I2C這樣的通信協(xié)議，但在SOC中也是一種比較常用的IP。它最大的優(yōu)點(diǎn)是僅用兩根線進(jìn)行通信，支持全雙工，也就是一根線utx用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一根線用于接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)uart通信如下圖所示：

其中發(fā)送UART可能來自控制設(shè)備(如CPU)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行形式，以串行方式將其發(fā)送到接收UART，然后由接收UART將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回并行數(shù)據(jù)以用于接收設(shè)備。數(shù)據(jù)從發(fā)送UART的Tx引腳流到接收UART的Rx引腳。

2UART工作原理

UART是異步通信，這也就代表著沒有時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣同步，因此UART發(fā)送側(cè)需要將開始和停止位添加到正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中，這些位定義了數(shù)據(jù)包的開始和結(jié)束，因此接收UART知道何時(shí)開始讀取這些位。當(dāng)接收UART檢測(cè)到起始位時(shí)，它將開始以稱為波特率的特定頻率讀取輸入位。波特率是數(shù)據(jù)傳輸速度的度量，以每秒比特?cái)?shù)(bps)表示。 兩個(gè)UART必須以大約相同的波特率工作。發(fā)送和接收UART之間的波特率只能相差約10％。還必須將兩個(gè)UART配置為發(fā)送和接收相同的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。

3UART是如何工作的

• 其他設(shè)備(例如CPU，內(nèi)存或微控制器)通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到UART。即UART 發(fā)送側(cè)首先從數(shù)據(jù)總線接收數(shù)據(jù)。

• 數(shù)據(jù)以并行形式從數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)桨l(fā)送UART。發(fā)送UART從數(shù)據(jù)總線獲取并行數(shù)據(jù)后，它將添加起始位，奇偶校驗(yàn)位和停止位，以創(chuàng)建數(shù)據(jù)包。

• 數(shù)據(jù)包在Tx引腳上逐位串行輸出，接收UART在其Rx引腳上逐位讀取數(shù)據(jù)包。

• 然后，接收UART將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回并行形式，并刪除起始位，奇偶校驗(yàn)位和停止位。

• 接收UART將數(shù)據(jù)包并行傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)據(jù)總線

4UART幀結(jié)構(gòu)

UART傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被組織成數(shù)據(jù)包。每個(gè)數(shù)據(jù)包包含1個(gè)起始位，5至9個(gè)數(shù)據(jù)位(取決于UART)，一個(gè)可選的奇偶校驗(yàn)位以及1個(gè)/1.5個(gè)或2個(gè)停止位。

起始位

UART數(shù)據(jù)傳輸線通常在不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)保持在高電壓電平。為了開始數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送UART在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)將傳輸線從高電平拉低到低電平。當(dāng)接收UART檢測(cè)到高電壓到低電壓轉(zhuǎn)換時(shí)，它開始以波特率的頻率讀取數(shù)據(jù)幀中的位。

數(shù)據(jù)位

數(shù)據(jù)幀包含正在傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)。如果使用奇偶校驗(yàn)位，則可以是5位，最多8位。如果不使用奇偶校驗(yàn)位，則數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度可以為9位。在大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)首先以最低有效位發(fā)送。

校驗(yàn)位

接收方用于數(shù)據(jù)完整性和正確性檢驗(yàn)。該位為可選項(xiàng)，可配置為奇校驗(yàn)/偶校驗(yàn)/無校驗(yàn)/校驗(yàn)位始終是1/校驗(yàn)位始終是0選項(xiàng)。

停止位

為了向數(shù)據(jù)包的結(jié)尾發(fā)出信號(hào)，發(fā)送UART在至少兩個(gè)位持續(xù)時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸線從低電平驅(qū)動(dòng)到高電平。

5UART優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

• 數(shù)據(jù)僅使用兩根線
• 無需時(shí)鐘信號(hào)
• 具有奇偶校驗(yàn)位以允許進(jìn)行錯(cuò)誤檢查
• 發(fā)送接收協(xié)議簡(jiǎn)單

缺點(diǎn)

• 數(shù)據(jù)幀的大小最大為9位
• 傳輸速度較慢
• 每個(gè)UART的波特率必須在彼此的10％之內(nèi)

總結(jié)

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