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通用同步异步收发器USART怎样使用DMA进行连续通信呢

通用同步异步收发器USART的主要特性有哪些？

通用同步异步收发器USART怎样使用DMA进行连续通信呢？

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王一凡

2021-12-10 10:43:08
0 前言

UART：通用异步收发传输器，是一种通用串行数据线，用于异步通信，双向通信，可以实现全双工传输和接收。
USART：通用同步/异步串行收发器，是一个全双工通用同步/异步串行收发模块。
USART收发模块分为三个部分：时钟发生器、数据发送器和接收器。
时钟发生器由同步逻辑威廉希尔官方网站 （在同步从模式下由外部时钟输入驱动）和波特率发生器组成。发送时钟引脚XCK仅用于同步发送模式下。
发送器部分由一个单独的写入缓冲器（发送UDR）、一个串行移位寄存器、校验位发生器和用于处理不同帧结构的控制逻辑威廉希尔官方网站 构成。使用吸入缓冲器，实现了连续发送多帧数据无延时的通信。
接收器最主要的是时钟和数据接收单元。数据接收单元用作异步数据的接收。除了接收单元，接收器还包括校验位校验器、控制逻辑、移位寄存器和两级接收缓冲器（接收UDR）。接收器支持与发送器相同的帧结构，同时支持帧错误、数据溢出和校验错误的检测。
UART和USART的区别：
从名字上看，USART在UART基础上增加了同步功能，即USART是UART的增加型，使用USART在异步通信时，与UART没什么区别，但是用在同步通信时，区别就明显了，同步通信需要时钟来触发数据传输，也就是说USART相对于UART能提供主动时钟。
1 简介

通用同步异步收发器（USART）能够灵活的与外部设备进行全双工数据交换，满足外部设备对工业标准NRZ异步串行数据格式的要求。通过小数波特率发生器提供了多种波特率。支持同步单向通信和半双工担心通信；还支持LIN（局域互连网络）、智能卡协议与IrDA（红外线数据协会）SIR ENDEC规范，以及调制解调器操作（CTS/RTS）。而且还支持多处理器通信。通过配置多个缓冲区使用DMA可实现高速数据通信。
2 主要特性




  • 全双工异步通信
  • NRZ标准格式（标记/空格）
  • 可配置为16倍过采样或8倍过采样，因而为速度容差与时钟容差的灵活配置提供了可能
  • 小数波特率发生器系统
     - 通用可编程收发波特率
  • 数据字长度可编程（8位或9位）
  • 停止位可配置
     - 支持1或2个停止位
  • LIN主模式同步停止符号发送功能和LIN从模式停止符号检测功能
     - 对USART进行LIN硬件配置时可发生13位停止符合和检测10/11位停止符号
  • 用于同步发送的发送器时钟输出
  • IrDA SIR编码解码器
     - 正常模式下，支持3/16位持续时间
  • 智能卡仿真功能
     - 智能卡接口支持符合ISO 7816-3标准中定义的异步协议智能卡
     - 智能卡工作模式下，支持0.5或1.5个停止位
  • 单线半双工通信
  • 使用DMA（直接存储器访问）实现可配置的多缓冲区通信
     - 使用DMA在预留的SRAM缓冲区中收/发字节
  • 发送器和接收器具有单独使能位
  • 传输检测标志：
     - 接收缓冲区已满
     - 发送缓冲区为空
     - 传输结束标志
  • 奇偶校验控制：
     - 发送奇偶校验位
     - 检查接收的数据字节的奇偶性
  • 四个错误检测标志：
     - 溢出错误
     - 噪声检测
     - 帧错误
     - 奇偶检验错误
  • 十个具有标志位的中断源：
     - CTS变化
     - LIN停止符号检测
     - 发送数据寄存器为空
     - 发送完成
     - 接收数据寄存器已满
     - 接收到线路空闲
     - 溢出错误
     - 帧错误
     - 噪声错误
     - 奇偶检验错误
  • 多处理器通信
     - 
  • 从静模式唤醒（通过线路空闲检测或地址标记检测）
  • 两个接收器唤醒模式：地址位（MSB，第9位），线路空闲

3 功能说明

接口通过三个引脚从外部设备连接到其他设备。任何USART双向通信均需要至少两个引脚：接收数据输入引脚（RX）和发送数据输出引脚（TX）
RX：就是串行数据输入引脚。过采样技术可区分有效输入数据和噪声，从而用于恢复数据
TX：如果关闭发送器，该输出引脚模式由其I/O端口配置决定。如果使能了发送器但没有待发送的数据，则TX引脚处于高电平。在单线和智能卡模式下，该I/O用于发送和接收数据（USART电平下，随后在SW_RX上接收数据）
正常USART模式下，通过这些引脚以帧的形式发送和接收串行数据：



  • 发送或接收前保持空闲线路
  • 起始位
  • 数据（字长8位或9位），最低有效位在前
  • 用于指示帧传输已完成的0.5个、1个、1.5个、2个停止位
  • 该接口使用小数波特率发生器 - 带12位尾数和4位小数
  • 状态寄存器（USART_SR）
  • 数据寄存器（USART_DR）
  • 波特率寄存器（USART_BRR） - 12位尾数和4位小数
  • 智能卡模式下的保存时间寄存器（USART_GTPR）
    在同步模式下连接时需要一下引脚：
    SCLK：发送器时钟输出，用于输出发送器数据时钟，一遍按照SPI主模式进行同步发送（起始位和结束位上无时钟脉冲，可通过软件向最后一位数据位发送时钟脉冲）。RX上可同步接收并行数据。可用于控制带移位寄存器的外设（如LCD驱动器）。时钟相位和极性可通过软件编程。在智能卡模式下，SCLK可向智能卡提供时钟
    在硬件流控制模式下需要以下引脚：
    nCTS：“清除以发送”用于在当前传输结束时阻止数据发送（高电平时）
    nRTS：“请求以发送”用于指示USART已准备好接收数据（低电平时）

4 使用DMA进行通信

USART能够使用DMA进行连续通信，接收缓冲区和发送缓冲区的DMA请求时独立的



  • 使用DMA进行发送
    将USART_CR3寄存器中的DMAT位置1可以使能DMA模式进行发送。当TXE位置1时，可将数据从SRAM区加载到USART_DR寄存器。要映射一个DMA通道以进行USART发送，按以下步骤操作（x表示通道编号）：



  • 在DMA控制寄存器中写入USART_DR寄存器地址，将其配置为传输的目标地址。每次发生TXE事件后，数据都会从存储器移动到此地址。
  • 在DMA控制寄存器中写入存储器地址，将其配置为传输的源地址。每次发生TXE后，数据都会从这个存储区域加载到USART_DR寄存器中。
  • 在DMA控制寄存器中配置要传输的总字节数。
  • 在DMA寄存器中配置通道的优先级
  • 根据应用的需求，在完成一半或全部传输后产生DMA中断
  • 向SR寄存器中的TC位写入0，将其清零
  • 在DMA寄存器中激活该通道
    当达到在DMA控制器中设置的数据传输量时，DMA控制器会在DMA通道中的中断向量生上产生一个中断。
    在发送模式下，DMA对所有要发送的数据执行了写操作（DMA_ISR寄存器中的TCIF标志置1）后，可以对TC标志进行监视，以确保USART通信已完成。在禁止USART或进入停止模式前必须执行此步骤，以避免损坏最后一次发送。软件必须等待直到TC=1。TC标志在所有数据发送期间都必须保持清零状态，然后在最后一帧发送结束后由硬件置1。

使用DMA进行发送








  • 使用DMA进行接收
    将USART_CR3寄存器中的DMAR位置1可以使能DMA模式进行接收。接收数据字节时，数据会从USART_DR寄存器加载到SRAM区域中。要映射一个DMA通道以进行USART接收，按以下步骤操作：
  • 在DMA控制器中写入USART_DR寄存器地址，将其配置为传输的源地址。每次发生RXNE事件后，数据都会以此地址移动到存储器
  • 在DMA控制寄存器中写入存储器地址，将其配置为传输的目标地址。每次发生RXNE事件后，数据都会从USART_DR寄存器加载到此存储区
  • 在DMA控制寄存器中配置要传输的总字节数
  • 在DMA控制寄存器中配置通道优先级
  • 根据应用的需求，在完成一半或全部传输后产生中断
  • 在DMA控制寄存器中激活该通道
    当达到在DMA控制器中设置的数据传输量时，DMA控制器会在DMA通道的中断向量上产生一个中断。在中断子程序中，USART_CR3寄存器中的DMAR位应有软件清零。
    如果DMA用于接收，则不要使能RXNEIE位。
  • 使用DMA进行接收






在多缓冲区通信中，如果发生任何错误，都会在当前字节后放置错误标志。如果中断使能置1，则会产生中断。在单字节接收过程中，与RXNE一同置位的帧错误、上溢错误和噪声标志具有单独的错误标志中断使能位（USART_CR3寄存器中的EIE位）；如果该位置1，则会因其中任何一个错误而在当前字节后产生中断。
5 USART中断

[tr]中断事件事件标志使能控制位[/tr]
发送数据寄存器为空TXETXEIE
CTS标志CTSCTSIE
发送完成TCTCIE
准备好读取接收到的数据RXNERXNEIE
检测到上溢错误ORERXNEIE
检测到空闲线路IDLEIDLEIE
奇偶校验错误PEPEIE
断路标志LBDLBDIE
多缓冲区通信中的噪声标志、上溢错误和帧错误NF或ORE或FEEIE
USART中断事件被连接到相同的中断向量



  • 发送期间：发送完成、清楚以发送或发送数据寄存器为空中断
  • 接收期间：空闲线路检测、上溢错误、接收数据寄存器不为空、奇偶校验错误、LIN断路检测、噪声标志（仅限多缓冲区通信）和帧错误（仅限多缓冲区通信）
    如果相应的使能控制位置1，则这些事件会发生中断。

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