4 UART串口(RS232)相关内容
1、首先交代：计算机中，硬件层面仅仅包括CPU和外设
只要一上电，CPU核一天到晚都在跟外设进行数据的交互。既然CPU核和外设要进行数据交互，明确常见几种数据通信方式：
GPIO通信方式（输入或者输出）：例如：LED灯或者蜂鸣器或者按键等；
UART串口通信方式：例如：BT，GPRS,GPS等；
I2C总线通信方式：例如：LM77温度传感器，MMA8653三轴加速度传感器，电容触摸屏等；
SPI总线通信方式：例如：Norflash闪存，SD卡等；
1-Wire总线通信方式：例如：DS18B20温度传感器,，EEPROM存储器等；
2、然后谈谈UART串口定义
定义就九个字：通用串行异步收发器
接下来对定义进行详细阐述：
“通用”：UART串口应用非常广泛
“串行”：说明CPU和外设之间数据传输只需一根信号线即可，此信号线用于传输数据，又称数据线，如果CPU要给外设发送1，CPU只需将数据线拉高电平，如果CPU要给外设发送0，CPU只需将数据线拉低电平，CPU和外设数据传输是一位一位的进行。
切记：UART数据传输从低位开始！
例如：CPU通过UART串口给BT发送数据0x95(10010101)，数据线的电平操作为：
10101001->数据线电平:高->低->高->低->高->低->低->高
具体参见uart1.bmp
"并行"：CPU和外设之间数据通信采用多根数据线（8根/16根/32根）一次可以传输1字节/2字节/4字节
例如：内存，Nandflash，Norflash等都是采用并行传输。
串行和并行对比：
传输距离上：串行适合于远距离传输
抗干扰性上：串行优于并行
传输速度上：一般通常,并行快于串行
"异步"：
明确：计算机中，CPU核数据处理速度远远快于外设。
问：由于CPU的数据处理速度远远快于外设，例如当CPU核向外设发送数据时，如何保证外设能够及时正常的获取到数据呢？
答：此时此刻就需要考虑双方的数据同步问题。
“数据同步”：一方发送数据时，要务必保证接收方将数据及时正常接收到。
明确：计算机中，数据同步的方法有两种：异步和同步，而UART串口采用的异步
“异步”：CPU和外设在数据传输过程当中保证数据同步即可。
传输之前和传输之后无需考虑同步问题。到底异步如何实现数据传输正常呢？具体在传输协议中待会儿要谈谈UART串口传输协议（规范）
结论：一旦有异步，必须有协议
“同步”：CPU和外设之间不仅仅需要数据线（可以是一根或者多根），还需要一根时钟控制信号线，此时钟控制信号线用来实现双方的数据同步，具体参见uart2.bmp
例如：CPU向LM77发送1
CPU在CLK信号线为低电平的时候，将数据1放到数据线（其实就是将数据线拉高电平）外设LM77就在同周期的CLK为高电平的时候，从数据线上将1读走（其实就是LM77判断数据线的电平是高电平还是低电平）
总结：低放高取
“收发器”：发送数据和接收数据的硬件
例如：CPU向外设发送数据，CPU就是发送器，外设就是接收器
例如：外设向CPU发送数据，外设是发送器，CPU就是接收器
3、定义讲完，立马再次回到之前的问题
问：UART串口到底如何实现数据同步呢？前提是采用异步方式
答：答案在UART串口数据传输协议中
此时此刻大谈特谈UART数据传输协议，首先交代协议中相关概念：
空闲位：UART串口在不进行数据传输时,，数据线一直发送空闲位，空闲位的有效电平为高电平
起始位：如果CPU和外设要进行数据传输，首先发送起始位，表示双方开始发送传输数据了，有效电平为低电平，有效位数一位（一个bit位）
数据位：CPU和外设数据传输时，有效的数据位数（5/6/7/8）。一般选择8位，一次传输8个bit位，但是也是一个bit位一个bit位的传输，有效的高低电平根据数据来定
奇偶校验位：用来指示检查双方数据传输过程中是否出错
校验方式有三种：奇校验/偶校验/不校验
注意：双方的校验方式要保持一致！
如果不采用校验，无需发送校验位！
有效位数为一个bit位
例如：以CPU向BT发送0x95数据为例,并且采用奇校验方式
CPU发送数据的过程：
1）CPU将数据0x95从低位开始一个bit位一个bit位发送到数据线上
2）CPU将数据发送完毕，CPU计算数据0x95（10010101）中"1"的个数。0x95中1的个数为4，4是一个偶数，而现在校验方式采用奇校验。所以只需让奇偶校验位的值为1，这样4+1=5，5是一个奇数，符合奇校验。
3）CPU算完以后，然后向数据线上发送奇偶校验位为1就是一个（高电平）
BT接收数据的过程：
1）BT首先从数据线上将数据0x95接收到
2）BT然后再从数据上将CPU发送的校验位的值接收到（为1）
3）BT计算数据0x95中的1的个数为4，并且接收到的校验位的值为1。所以4+1=5，5是一个奇数，并且BT同样采用奇校验方式，5符合要求，说明双方的数据传输正确。
停止位：CPU和外设停止数据交互，最后发送一个停止位即可。有效位数为1位或者2位，有效电平为高电平
波特率：用来指定CPU和外设数据传输的速率。常用的两个波特率：9600/115200。表示一秒钟双方数据传输9600个bit位或者115200个bit位。
例如：CPU向BT发送0x95数据为例,并且UART串口的工作参数：
115200（波特率），8（数据位为8位）o（采用奇校验）1（停止位为1位）
具体时序参见:uart3.bmp
如果将来UART数据传输异常，不确定，此时此刻只需利用示波器仪器抓去数据线上波形即可，然后认真分析波形。
4、UART串口三种工作模式
单工：数据传输永远只朝一个方向进行
半双工：数据传输可以双向，但是同一时刻只能朝一个方向
全双工：数据传输可以同时双向进行，此时数据线必须是两根。
一根数据线用来发送数据（TX）
一个数据线用来接收数据（RX）
当然除了数据线，还需一根地线
一般都是采用全双工，具体参见:uart4.bmp
5、实战演练UART串口
1）提出和分析用户需求
需求：下位机通过UART重复给上位机发送字符串数据
2）掌控下位机的UART串口硬件信息
粗看：看位置，UART0串口座
细看：先看原理图后看芯片手册，具体硬件具体分析。先看原理图，得到：
1.打开底板原理图，得到：上位机的RX引脚线->串口座PC_RXD1->SP3232芯片的T2OUT->SP3232芯片的T2IN->S5P6818的引脚UARTTXD0
同样UARTTXD0引脚也具有四种功能：
GPIOD18/UARTTXD0/ISO7816/SDWP2
结论：此时应该选择UARTTXD0（用于数据发送）
上位机的TX引脚线->串口座PC_TXD1->SP3232芯片的R2IN->SP3232芯片的R2OUT
->S5P6818的引脚UARTRXD0
同样UARTRXD0引脚也具有四种功能：
GPIOD14/UARTRXD0/ISO7816
结论：此时应该选择UARTRXD0（用于数据接收）
此时此刻画出一个实际的UART硬件通信示意图，参见uart5.bmp
总结：SP3232E电平转换芯片：就是将TTL电平（CPU识别）转换成EIA电平，适合于远距离传输，抗干扰性强，当然另一端还需将EIA电平在转换成TTL电平。
此芯片完全跟硬件设计相关，软件无需关注，了解即可。
3）看图得到重要的软件操作S5P6818的UARTTXD0和UARTRXD0的流程
说流程之前画出一个操作示意图,具体参见:uart6.bmp
1. CPU核软件上通过地址指针的形式访问UART控制器内部的一大堆寄存器，也就是CPU核给UART控制器发送控制命令
2.UART控制器接收到CPU发送的控制命令，UART控制器硬件上自动操作UARTTXD0和UARTRXD0
3.UARTRXD0和UARTTXD0电平来影响操作上位机PC
4.立马提出问题：UART控制器和内部的一大堆寄存器如何访问操作呢？
答：由于UART控制器集成在S5P6818内部，只需看S5P6818芯片手册中关于UART相关的章节即可。
4）然后打开S5P6818芯片手册，认真，仔细，耐心阅读，得到：
1.打开S5P6818芯片手册P960
2.获取重要的硬件信息
S5P6818共支持6个UART，跟PC机连接的是UART0。每一个UART内部都集成了2个64字节的缓冲区，一个用于发送数据，一个用于接收数据
5）每一个UART控制器内部都集成了一个发送器。而发送器内部有集成了一个发送缓冲区和一个发送移位器。发送缓冲区是用于暂存要发送的数据。发送移位器是用于将发送缓冲区中的数据一位一位的发送到TX数据线上。发送移位器发送数据的频率由波特率产生器决定，例如波特率给发送移位器产生一个波特率为115200的频率，将来移位器根据此频率将数据一位一位的放到TX数据线上。波特率产生器的工作频率由时钟源来决定
问：发送数据的频率最终由时钟源决定,时钟源如何设置呢？
如果UART控制器工作在FIFO模式，发送缓冲区的大小为64字节
如果UART控制器工作在非FIFO模式,发送缓冲区的大小为1字节
6）每一个UART控制器内部还集成了一个接收器
而接收器内部集成了一个接收缓冲区和一个接收移位器，接收移位器根据波特率产生器的频率从RX数据线上一位一位的接收数据，然后将接收到的数据放到接收缓冲区中，将来程序以指针的形式访问接收缓冲区,将接收到的数据获取到。
问：如何访问发送缓冲区？决定软件如何发送数据
如何访问接收缓冲区？决定软件如何获取数据
如何配置时钟源？决定波特率