I.MX6ull UART

一简介

UART 全称叫做串行接口，通常也叫做 COM 接口，串行接口指的是数据一个一个的顺序传输，通信线路简单。使用两条线即可实现双向通信，一条用于发送，一条用于接收。串口通信距离远，但是速度相对会低，串口是一种很常用的工业接口。I.MX6U 自带的 UART 外设就是串口的一种，UART 全称是 Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter，也就是异步串行收发器。既然有异步串行收发器，那肯定也有同步串行收发器，除了有 UART 外，还有另外一个叫做 USART 的东西。USART 的全称是 Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，也就是同步/异步串行收发器。相比 UART 多了一个同步的功能，在硬件上体现出来的就是多了一条时钟线。一般 USART 是可以作为 UART

6U UART

1 I.MX6U 一共有 8 个 UART，其主要特性如下：

①、兼容 TIA/EIA-232F 标准，速度最高可到 5Mbit/S。

②、支持串行 IR 接口，兼容 IrDA，最高可到 115.2Kbit/s。

③、支持 9 位或者多节点模式(RS-485)。

④、1 或 2 位停止位。

⑤、可编程的奇偶校验(奇校验和偶校验)。

⑥、自动波特率检测(最高支持 115.2Kbit/S)。 I.MX6U 的 UART 功能很多，但是我们本章就只用到其最基本的串口功能，关于 UART 其它功能的介绍请参考《I.MX6ULL 参考手册》第 3561 页的“Chapter 55 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter(UART)”章节。

二结构原理图

2.1 时钟源

参考IMX6ULL芯片手册《Chapter 18: Clock Controller Module (CCM)》，
根据IMX6ULL的时钟树，设置CSCDR1寄存器就可以给UART提供总时钟，如下图：

下图是CSCDR1(CCM Serial Clock Divider Register 1)的位说明，对于UART，我们选择时钟源位80M：

CCM_SDCDR1->UART_CLK_SEL = 0, 1分频 ~3F

见I.MX6ull 时钟系统

2.2 内部结构

UART 一般的接口电平有 TTL （TTL是 Time To Live的缩写，是生存时间值的意思）和 RS-232，一般开发板上都有 TXD 和 RXD 这样的引脚，这些引脚低电平表示逻辑 0，高电平表示逻辑 1，这个就是 TTL 电平。RS-232 采用差分线，-3~- 15V 表示逻辑 1，+3~+15V 表示逻辑 0。一般图 21.1.1.2 中的接口就是 TTL 电平

图 21.1.1.2 中的模块就是 USB 转 TTL模块，TTL 接口部分有 VCC、GND、RXD、TXD、

RTS 和 CTS。RTS 和 CTS 基本用不到，使用的时候通过杜邦线和其他模块的 TTL 接口相连即可。 RS-232 电平需要 DB9 接口，I.MX6U-ALPHA 开发板上的 COM3(UART3)口就是 RS-232 接口的，如图 21.1.1.3 所示：

由于现在的电脑都没有 DB9 接口了，取而代之的是 USB 接口，所以就催生出了很多 USB

转串口 TTL 芯片，比如 CH340、PL2303 等。通过这些芯片就可以实现串口 TTL 转 USB。I.MX6UALPHA 开发板就使用 CH340 芯片来完成 UART1 和电脑之间的连接，只需要一条USB 线即可，对于 V2.4 版以前的底板，如图 21.1.1.4 所示。

2.3 工作原理

UART 作为串口的一种，其工作原理也是将数据一位一位的进行传输，发送和接收各用一条线，因此通过 UART 接口与外界相连最少只需要三条线：TXD(发送)、RXD(接收)和 GND(地线)。图 21.1.1.1 就是 UART 的通信格式：

2.3.1 各部分意义如下：

空闲位：数据线在空闲状态的时候为逻辑“1”状态，也就是高电平，表示没有数据线空闲，没有数据传输。

起始位：当要传输数据的时候先传输一个逻辑“0”，也就是将数据线拉低，表示开始数据传输。

数据位：数据位就是实际要传输的数据，数据位数可选择 5~8 位，我们一般都是按照字节传输数据的，一个字节 8 位，因此数据位通常是 8 位的。低位在前，先传输，高位最后传输。

奇偶校验位：这是对数据中“1”的位数进行奇偶校验用的，可以不使用奇偶校验功能。

停止位：数据传输完成标志位，停止位的位数可以选择 1 位、1.5 位或 2 位高电平，一般都选择 1 位停止位。

波特率：波特率就是 UART 数据传输的速率，也就是每秒传输的数据位数，一般选择 9600、

19200、115200 等。

2.3.2 串口模块内部结构

串口模块共有两个时钟输入 Peripheral Clock 和 Module Clock。

Peripheral Clock

外部时钟。这个时钟主要用于读、写接收和发送的数据，例如读接收FIFO、写发送FIFO。这个时钟与波特率设置无关，如果没有特殊需求我们将这个时钟保持默认即可，在初始代码中并没有特意设置这个时钟。

Module Clock

模块时钟，它既可用于接收、发送数据也用于设置波特率，这个时钟决定了串口最高支持的波特率。Module Clock 时钟来自根时钟 UART_CLK_ROOT。

通过搜索可以找到UART1时钟使能的控制位。CCM_CCGR5 时钟树默认频率80M

2.4 重要寄存器

UARTx_UCR1 UARTx_UCR2 UARTx_UCR3 ，UARTx_USR2， CCM_CCGR5(main 函数一开始使能了所以外设时钟）

2.4.1 控制寄存器 UARTx_UCRx

1 UARTx_UCR1

ADBR(bit14)：自动波特率检测使能位，为 0 的时候关闭自动波特率检测，为 1 的时候使能自动波特率检测。
UARTEN(bit0)：UART 使能位，为 0 的时候关闭 UART，为 1 的时候使能 UART。

2 UARTx_UCR2

IRTS(bit14)：为 0 的时候使用 RTS 引脚功能，为 1 的时候忽略 RTS 引脚。
PREN(bit8)：奇偶校验使能位，为 0 的时候关闭奇偶校验，为 1 的时候使能奇偶校验。 PROE(bit7)：奇偶校验模式选择位，开启奇偶校验以后此位如果为 0 的话就使用偶校验，此位为 1 的话就使能奇校验。
STOP(bit6)：停止位数量，为 0 的话 1 位停止位，为 1 的话 2 位停止位。
WS(bit5)：数据位长度，为 0 的时候选择 7 位数据位，为 1 的时候选择 8 位数据位。
TXEN(bit2)：发送使能位，为 0 的时候关闭 UART 的发送功能，为 1 的时候打开 UART
的发送功能。
RXEN(bit1)：接收使能位，为 0 的时候关闭 UART 的接收功能，为 1 的时候打开 UART
的接收功能。
SRST(bit0)：软件复位，为 0 的是时候软件复位 UART，为 1 的时候表示复位完成。复位完成以后此位会自动置 1，表示复位完成。此位只能写 0，写 1 会被忽略掉。

3 UARTx_UCR3

本章实验就用到了寄存器 UARTx_UCR3 中的位 RXDMUXSEL(bit2)，这个位应该始终为 1，这个在《I.MX6ULL 参考手册》第 3624 页有说明。

红外输入混合模式

2.4.2、状态寄存器 UARTx_USR2

TXDC(bit3)：发送完成标志位，为 1 的时候表明发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空，也就是发送完成，向 TxFIFO 写入数据此位就会自动清零。 RDR(bit0)：数据接收标志位，为 1 的时候表明至少接收到一个数据，从寄存器
UARTx_URXD 读取数据接收到的数据以后此位会自动清零。

2.4.3 分频寄存器 UARTx_UFCR 、 UARTx_UBIR 和 UARTx_UBMR

UART 的波特率

通过这三个寄存器可以设置 UART 的波特率，波特率的计算公式如下：

Ref Freq：经过分频以后进入 UART 的最终时钟频率。 UBMR：寄存器 UARTx_UBMR 中的值。 UBIR：寄存器 UARTx_UBIR 中的值。通过 UARTx_UFCR 的 RFDIV 位、UARTx_UBMR 和 UARTx_UBIR 这三者的配合即可得到我们想要的波特率。比如现在要设置 UART 波特率为 115200，那么可以设置 RFDIV 为

5(0b101)，也就是 1 分频，因此 Ref Freq=80MHz。设置 UBIR=71，UBMR=3124，根据上面的公式可以得到：

实际使用时直接调用对应方法即可不必过于关心推导过程

2.4.4 UARTx_URXD ， UARTx_UTXD

最后来看一下寄存器 UARTx_URXD 和 UARTx_UTXD，这两个寄存器分别为 UART 的接收和发送数据寄存器，这两个寄存器的低八位为接收到的和要发送的数据。读取寄存器

UARTx_URXD 即可获取到接收到的数据，如果要通过 UART 发送数据，直接将数据写入到寄存器 UARTx_UTXD 即可。

三使用实验

通过 UART1读写并显示输出

3.1 配置步骤

UART1 的配置步骤如下：
1、设置 UART1 的时钟源

设置 UART 的时钟源为 pll3_80m，设置寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL 位为 0

即可。
2、初始化 UART1

初始化 UART1 所使用 IO，设置 UART1 的寄存器 UART1_UCR1~UART1_UCR
3，设置内容包括波特率，奇偶校验、停止位、数据位等等。
4、使能 UART1

UART1 初始化完成以后就可以使能 UART1 了，设置寄存器 UART1_UCR1 的位 UARTEN

为 1。

5、编写 UART1 数据收发函数

编写两个函数用于 UART1 的数据收发操作。

3.2 代码

bsp_uart.h

#ifndef _BSP_UART_H
#define _BSP_UART_H
#include "imx6ul.h"
/***************************************************************
Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
文件名	: 	 bsp_led.c
作者	   : 左忠凯
版本	   : V1.0
描述	   : 串口驱动文件头文件。
其他	   : 无
论坛 	   : www.wtmembed.com
日志	   : 初版V1.0 2019/1/15 左忠凯创建
***************************************************************/

/* 函数声明 */
void uart_init(void);
void uart_io_init(void);
void uart_disable(UART_Type *base);
void uart_enable(UART_Type *base);
void uart_softreset(UART_Type *base);
void uart_setbaudrate(UART_Type *base, unsigned int baudrate, unsigned int srcclock_hz);
void putc(unsigned char c);
void puts(char *str);
unsigned char getc(void);
void raise(int sig_nr);


#endif

bsp_uart.c

/***************************************************************
Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
文件名	: 	 bsp_led.c
作者	   : 左忠凯
版本	   : V1.0
描述	   : 串口驱动文件。
其他	   : 无
论坛 	   : www.wtmembed.com
日志	   : 初版V1.0 2019/1/15 左忠凯创建
***************************************************************/
#include "bsp_uart.h"

/*
 * @description : 初始化串口1,波特率为115200
 * @param		: 无
 * @return		: 无
 */
void uart_init(void)
{
	/* 1、初始化串口IO 			*/
	uart_io_init();

	/* 2、初始化UART1  			*/
	uart_disable(UART1);	/* 先关闭UART1 		*/
	uart_softreset(UART1);	/* 软件复位UART1 		*/

	UART1->
UCR1 = 0;		/* 先清除UCR1寄存器 */
	
	/*
     * 设置UART的UCR1寄存器，关闭自动波特率
     * bit14: 0 关闭自动波特率检测,我们自己设置波特率
	 */
	UART1->UCR1 &= ~(1<<14);
	
	/*
     * 设置UART的UCR2寄存器，设置内容包括字长，停止位，校验模式，关闭RTS硬件流控
     * bit14: 1 忽略RTS引脚
	 * bit8: 0 关闭奇偶校验
     * bit6: 0 1位停止位
 	 * bit5: 1 8位数据位
 	 * bit2: 1 打开发送
 	 * bit1: 1 打开接收
	 */
	UART1->UCR2 |= (1<<14) | (1<<5) | (1<<2) | (1<<1);

	/*
     * UART1的UCR3寄存器
     * bit2: 1 必须设置为1！参考IMX6ULL参考手册3624页
	 */
	UART1->UCR3 |= 1<<2; 
	
	/*
	 * 设置波特率
	 * 波特率计算公式:Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)) 
	 * 如果要设置波特率为115200，那么可以使用如下参数:
	 * Ref Freq = 80M 也就是寄存器UFCR的bit9:7=101, 表示1分频
	 * UBMR = 3124
 	 * UBIR =  71
 	 * 因此波特率= 80000000/(16 * (3124+1)/(71+1))=80000000/(16 * 3125/72) = (80000000*72) / (16*3125) = 115200
	 */
	UART1->UFCR = 5<<7; //ref freq等于ipg_clk/1=80Mhz
	UART1->UBIR = 71;
	UART1->UBMR = 3124;

#if 0
	 uart_setbaudrate(UART1, 115200, 80000000); /* 设置波特率 */
#endif

	/* 使能串口 */
	uart_enable(UART1);
}

/*
 * @description : 初始化串口1所使用的IO引脚
 * @param		: 无
 * @return		: 无
 */
void uart_io_init(void)
{
	/* 1、初始化IO复用 
     * UART1_RXD -> UART1_TX_DATA
     * UART1_TXD -> UART1_RX_DATA
	 */
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0);	/* 复用为UART1_TX */
	IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0);	/* 复用为UART1_RX */

	/* 2、配置UART1_TX_DATA、UART1_RX_DATA的IO属性 
 	*bit 16:0 HYS关闭
 	*bit [15:14]: 00 默认100K下拉
 	*bit [13]: 0 keeper功能
 	*bit [12]: 1 pull/keeper使能
 	*bit [11]: 0 关闭开路输出
 	*bit [7:6]: 10 速度100Mhz
 	*bit [5:3]: 110 驱动能力R0/6
 	*bit [0]: 0 低转换率
 	*/
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX,0x10B0);
	IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX,0x10B0);
}

/*
 * @description 		: 波特率计算公式，
 *    			  	  	  可以用此函数计算出指定串口对应的UFCR，
 * 				          UBIR和UBMR这三个寄存器的值
 * @param - base		: 要计算的串口。
 * @param - baudrate	: 要使用的波特率。
 * @param - srcclock_hz	:串口时钟源频率，单位Hz
 * @return		: 无
 */
void uart_setbaudrate(UART_Type *base, unsigned int baudrate, unsigned int srcclock_hz)
{
    uint32_t numerator = 0u;		//分子
    uint32_t denominator = 0U;		//分母
    uint32_t divisor = 0U;
    uint32_t refFreqDiv = 0U;
    uint32_t divider = 1U;
    uint64_t baudDiff = 0U;
    uint64_t tempNumerator = 0U;
    uint32_t tempDenominator = 0u;

    /* get the approximately maximum divisor */
    numerator = srcclock_hz;
    denominator = baudrate << 4;
    divisor = 1;

    while (denominator != 0)
    {
        divisor = denominator;
        denominator = numerator % denominator;
        numerator = divisor;
    }

    numerator = srcclock_hz / divisor;
    denominator = (baudrate << 4) / divisor;

    /* numerator ranges from 1 ~ 7 * 64k */
    /* denominator ranges from 1 ~ 64k */
    if ((numerator > (UART_UBIR_INC_MASK * 7)) || (denominator > UART_UBIR_INC_MASK))
    {
        uint32_t m = (numerator - 1) / (UART_UBIR_INC_MASK * 7) + 1;
        uint32_t n = (denominator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;
        uint32_t max = m > n ? m : n;
        numerator /= max;
        denominator /= max;
        if (0 == numerator)
        {
            numerator = 1;
        }
        if (0 == denominator)
        {
            denominator = 1;
        }
    }
    divider = (numerator - 1) / UART_UBIR_INC_MASK + 1;

    switch (divider)
    {
        case 1:
            refFreqDiv = 0x05;
            break;
        case 2:
            refFreqDiv = 0x04;
            break;
        case 3:
            refFreqDiv = 0x03;
            break;
        case 4:
            refFreqDiv = 0x02;
            break;
        case 5:
            refFreqDiv = 0x01;
            break;
        case 6:
            refFreqDiv = 0x00;
            break;
        case 7:
            refFreqDiv = 0x06;
            break;
        default:
            refFreqDiv = 0x05;
            break;
    }
    /* Compare the difference between baudRate_Bps and calculated baud rate.
     * Baud Rate = Ref Freq / (16 * (UBMR + 1)/(UBIR+1)).
     * baudDiff = (srcClock_Hz/divider)/( 16 * ((numerator / divider)/ denominator).
     */
    tempNumerator = srcclock_hz;
    tempDenominator = (numerator << 4);
    divisor = 1;
    /* get the approximately maximum divisor */
    while (tempDenominator != 0)
    {
        divisor = tempDenominator;
        tempDenominator = tempNumerator % tempDenominator;
        tempNumerator = divisor;
    }
    tempNumerator = srcclock_hz / divisor;
    tempDenominator = (numerator << 4) / divisor;
    baudDiff = (tempNumerator * denominator) / tempDenominator;
    baudDiff = (baudDiff >= baudrate) ? (baudDiff - baudrate) : (baudrate - baudDiff);

    if (baudDiff < (baudrate / 100) * 3)
    {
        base->UFCR &= ~UART_UFCR_RFDIV_MASK;
        base->UFCR |= UART_UFCR_RFDIV(refFreqDiv);
        base->UBIR = UART_UBIR_INC(denominator - 1); //要先写UBIR寄存器，然后在写UBMR寄存器，3592页 
        base->UBMR = UART_UBMR_MOD(numerator / divider - 1);
    }
}

/*
 * @description : 关闭指定的UART
 * @param - base: 要关闭的UART
 * @return		: 无
 */
void uart_disable(UART_Type *base)
{
	base->UCR1 &= ~(1<<0);	
}

/*
 * @description : 打开指定的UART
 * @param - base: 要打开的UART
 * @return		: 无
 */
void uart_enable(UART_Type *base)
{
	base->UCR1 |= (1<<0);	
}

/*
 * @description : 复位指定的UART
 * @param - base: 要复位的UART
 * @return		: 无
 */
void uart_softreset(UART_Type *base)
{
	base->UCR2 &= ~(1<<0); 			/* UCR2的bit0为0，复位UART  	  	*/
	while((base->UCR2 & 0x1) == 0); /* 等待复位完成 					*/
}

/*
 * @description : 发送一个字符
 * @param - c	: 要发送的字符
 * @return		: 无
 */
void putc(unsigned char c)
{
	while(((UART1->USR2 >> 3) &0X01) == 0);/* 等待上一次发送完成 */
	UART1->UTXD = c & 0XFF; 				/* 发送数据 */
}

/*
 * @description : 发送一个字符串
 * @param - str	: 要发送的字符串
 * @return		: 无
 */
void puts(char *str)
{
	char *p = str;

	while(*p)
		putc(*p++);
}

/*
 * @description : 接收一个字符
 * @param 		: 无
 * @return		: 接收到的字符
 */
unsigned char getc(void)
{
	while((UART1->USR2 & 0x1) == 0);/* 等待接收完成 */
	return UART1->URXD;				/* 返回接收到的数据 */
}

/*
 * @description : 防止编译器报错
 * @param 		: 无
 * @return		: 无
 */
void raise(int sig_nr) 
{

}

main.c

 
#include "bsp_clk.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_beep.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_int.h"
#include "bsp_uart.h"
 
/*
 * @description	: main函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
int main(void)
{
	unsigned char a=0;
	unsigned char state = OFF;
 
	int_init(); 				/* 初始化中断(一定要最先调用！) */
	imx6u_clkinit();			/* 初始化系统时钟 			*/
	delay_init();				/* 初始化延时 			*/
	clk_enable();				/* 使能所有的时钟 			*/
	led_init();					/* 初始化led 			*/
	beep_init();				/* 初始化beep	 		*/
	uart_init();				/* 初始化串口，波特率115200 */
 
	while(1)				
	{	
		puts("请输入1个字符:");
		a=getc();
		putc(a);	//回显功能
		puts("\r\n");
 
		//显示输入的字符
		puts("您输入的字符为:");
		putc(a);
		puts("\r\n\r\n");
		
		state = !state;
		led_switch(LED0,state);
	}
	return 0;
}