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[导读]通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通常称作UATR,是一种串行、异步、全双工的收发器。全双工的UART支持同时双向通信,是嵌入式系统必不可少的debug接口。

通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),通常称作UATR,是一种串行、异步、全双工的收发器。全双工的UART支持同时双向通信,是嵌入式系统必不可少的debug接口。

什么是全双工?什么是半双工?


全双工:同一时刻,两个设备都在收发数据,比如SPI。注意QSPI是半双工,因为4根线只能同时收或者发。

半双工:两设备间可以收发数据,但只能收完再发或发完再收。

单工:任何时刻只能进行一个方向的通讯,且固定一方为发送设备,一方为接收设备。


串口通信协议



空闲位:不通信时,TX & RX是逻辑“1”状态,表示当前线路无数据传输。

起始位:发送“0”,表示传输开始。

数据位:起始位之后,数据位的个数可以是5、6、7、8等,一般是8bit,采用ASCII码。从最低位开始传送,根据波特率在数据bit稳定的中间位置采样。


奇偶校验位:数据位加上这一位后,使得“1”的位数为偶数,则为偶校验,使得“1”的位数为奇数则为奇校验,以次来校验数据传送的正确性。


比如一个 8 位长的有效数据为:10100101,此时总共有 4 个“ 1”,

为达到奇校验效果,校验位应为“ 1”,即有效数据和校验位中“ 1”的个数为奇数。

为达到偶校验效果,校验位应为“ 0”,即有效数据和校验位中“ 1”的个数为偶数。


注意,UART校验方法有:奇校验(odd)、偶校验(even)、0校验(space)、0校验(mark)、无校验(noparity),为了提高实际带宽,一般可省去校验位,即选择无校验,思考下为什么?


0 校验是不管有效数据是什么,校验位固定为“ 0”。1 校验是校验位固定为“ 1”。

无校验就是数据包中不包含校验位。


停止位:一个字符数据传输的结束标志,可以是1位、1.5位、2位的高电平。停止位不仅表示传输的结束,并且可提供校正时钟同步。停止位的位数越多,时钟容忍程度越大,但有效带宽就越小。



波特率

数据传输速率使用波特率来表示。单位bps(bits per second),常见的波特率9600bps、19200bps、115200bps等,如果串口波特率设置为9600bps,那么传输1bit数据需要的时间是1/9600≈104.2us。


带上校验位,传送一个字符数据实际是11个比特(1bit开始位、8bit数据位、1bit校验位、1bit停止位),有效的传输速率实际为9600*8/11= 6982bps。


不带校验位,传送一个字符数据实际是10个比特(1bit开始位、8bit数据位、1bit停止位),有效的传输速率实际为9600*8/10=7680bps。


这就是为何不传校验位,可以提高一点带宽,也就是所谓的开销。


以小编设计的RISC-V SoC为例,仿真UART:

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