UART —— Universal Asynchronous Receiver/Transmitter —— 通用异步收发器。

一、UART简介

UART是异步串口通信协议，

工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输，它能将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换，能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换。

USART是UART的升级版，其支持同步模式，用法与UART相同

二、概念辨析

------------------------------------UART COM口串口 USB口 RS - 232 TTL---------------------------------------------

UART，在硬件上表现为串口收发的逻辑电路，可被集成为独立地模块化芯片

COM口，串行通信端口，有时也称为串口，是一种连接器的结构，这里区别于USB的“通用串行总线”和硬盘的“SATA”，串口的接口标准规范和总线标准规范是RS-232

　　常见的有两种物理标准，D型9针插头，和4针杜邦头，

USB口：通用串行总线，和串口完全是两个概念。虽然也是串行方式通信，但由于USB的通信时序和信号电平都和串口完全不同，因此和串口没有任何关系。USB是高速的通信接口，用于PC连接各种外设，U盘、键鼠、移动硬盘、当然也包括“USB转串口”的模块。（USB转串口模块，就是USB接口的UART模块）

TTL，RS232，RS485等都是一种逻辑电平的表示方式，详见：A

三、UART原理说明

　　发送数据时，CPU将并行数据写入UART，UART按照一定格式在一根电线上串行发出；接收数据时，UART检测另一根电线上的信号，将串行收集放在缓冲区，CPU就可以读取UART获取这些数据。

　　TxD —— 发送数据 RxD —— 接收数据　　 Gnd —— 用于给双方提供参考电平

　　UART使用标准的TTL / CMOS 逻辑电平来表示数据，高电平表示1，低电平为0,。为了增强数据的抗干扰能力，提高传输长度，通常将TTL / COMS逻辑电平转换为RS-232逻辑电平

　　数据传输流程：以传输一字节数据‘A’为例

　　双方约定好波特率（每一位占据的时间）；规定传输协议　

　 1）平时数据线处于“空闭”状态（1状态）

　　 2）当要发送数据时，UART改变TxD数据线的状态，变为0状态，并维持一位的时间，这样接收方检测到开始位后，再等待1.5位的时间就开始一位一位地检测数据线的状态得到所传输的数据。

　　3）UART一帧中可以有5/6/7/8位的数据，发送方一位一位的改变数据线的状态将数据发送出去，首先发送最低位

　　4）如果使用校验功能，UART在发送完数据后，还要发送一个校验位：奇校验，偶校验——数据位连同校验位中，“1”的数目属于奇数或偶数。

　　5）最后发送停止位，数据线恢复到“空闭”状态（1状态），停止位长度有三种：1位、1.5位、2位

图1-1 TTL / COMS逻辑电平下，传输A时的波形

图1-2 RS - 232逻辑电平下，传输数据A的波形

　　对于TTL / CMOS 电平，在xV至5V之间，就认为是逻辑1，在0V至yV之间就为逻辑0。

　　对于RS - 232电平，在-12V至-3V之间，就认为是逻辑1，在+3V至+12V之间就为逻辑0。

　　RS-232的电平比TTL/CMOS高，能传输更远的距离，在工业上用得比较多。

在ARM芯片上的串口都是TTL电平的，通过板子或外接电平转换芯片，可以转成RS232标准的接口。如图2-1所示

如今终端上的RS-232标准的接口越来越少，越多的是USB口，因也可以使用USB转串口芯片将TTL电平转为USB传输电平。

四、异步串行通信的特点

所谓异步通信，是指数据传送以字节为单位，字符与字符间的传送是完全异步的，位与位的传送基本是同步的。

特点：

　　1）以字符为单位传送信息

　　2）相邻两字符间的间隔任意长

　　3）由于一个字符的波特位长度有限，所以需要接受时钟和发送时钟相近就可以

　　4）字符间异步，字符内同步

五、基本结构

图3-1 UART结构图

　　 ARM处理器中UART功能相似，都有独立的通道，每个通道都可工作于中断或DMA模式，即UART可以发出中断或DMA请求以便在UART、CPU间传输数据。具体的UART特性可参见不同芯片的芯片手册。以下以S3C2440芯片分析UART的使用过程。

　　S3C2440 UART的FIFO深度为64字节。发送数据时，CPU先将数据写入发送FIFO中，然后UART自动将FIFO的数据复制到“发送移位器”中，发送移位器将数据一位一位地发送到TxDn数据线上（按照设定的格式，插入开始位，校验位和停止位）。接收数据时，“接收移位器”将RxDn数据线上的数据一位一位接收进来，然后复制到FIFO中，CPU即可从中读取数据。UART的结构如图3-1所示。

六、使用UART

参考文档：

嵌入式LINUX应用开发手册 —— 韦东山