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本文转载自mr_raptor的专栏，感谢mr_raptor大神。
http://blog.csdn.net/mr_raptor/article/details/6556133
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通用异步接收器和发送器（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）简称UART。通常是嵌入式设备中默认都会配置的通信接口。这是因为，很多嵌入式设备没有显示屏，无法获得嵌入式设备实时数据信息，通过UART串口和超级终端相连，打印嵌入式设备输出信息。并且在对嵌入式系统进行跟踪和调试时，UART串口是必要的通信手段。比如：网络路由器，交换机等都要通过串口来进行配置。UART串口还是许多硬件数据输出的主要接口，如GPS接收器就是通过UART串口输出GPS接收数据的。
S3C2440 UART控制器，提供了三个独立的异步串行I/O端口，每个端口都可以在中断模式或DMA模式下工作，换而言之，UART可以生成中断或DMA请求用于CPU和UART之间的数据传输。UART串口挂接在APB总线上，APB总线最高可以达到50MHz工作频率，在使用APB时钟频率时可以达到最高115.2Kbps波特率的通信速度。如果UART串口接收外部设备提供UEXTCLK（外部时钟），UART可以在更高的速度下工作。每个UART串口在接收装置和发送装置里分别包含一个64Byte的FIFO缓冲区，用于缓存发送数据和接收数据。
由于UART是串行异步通信方式，因此在UART通信过程中每次只能传输1bit，若干位组成一个数据帧（frame），帧是UART通信中最基本单元，它主要包含：开始位，数据位，校验位（如果开启了数据校验，要包含校验位），和停止位，帧结构如图1所示。
图1 UART数据帧结构
UART在通信之前要在发送端和接收端约定好帧结构，也就是约定好传输数据帧格式。
开始位：必须包含在数据帧中，表示一个帧的开始。
数据位：可选5/6/7/8位，该位长度可由编程人员指定。
校验位：如果在开启了数据校验时，该位必须指定。
停止位：可选1,2位，该位长度可由编程人员指定。
通信双方约定好帧格式后，指定同一波特率，以保证双方数据传输的同步。
S3C2440 UART串口工作原理
每个UART包含一个波特率产生器，发送器，接收器和一个控制单元，如图2所示
图2 UART硬件结构
UART是以异步方式实现通信的，其采样速度由波特率决定，波特率产生器的工作频率可以由PCLK（外围设备频率），FCLK/n（CPU工作频率的分频），UEXTCLK（外部输入时钟）三个时钟作为输入频率，波特率设置寄存器是可编程的，用户可以设置其波特率决定发送和接收的频率。发送器和接收器包含了64Byte的FIFO和数据移位器。UART通信是面向字节流的，待发送数据写到FIFO之后，被拷贝到数据移位器（1字节大小）里，数据通过发送数据管脚TXDn发出。同样道理，接收数据通过RXDn管脚来接收数据（1字节大小）到接收移位器，然后将其拷贝到FIFO接收缓冲区里。
（1）数据发送
发送的数据帧是可编程的，它的一个帧长度是用户指定的，它包括一个开始位，5~8个数据位，一个可选的奇偶校验位和1~2个停止位，数据帧格式可以通过设置ULCONn寄存器来设置（如图3）。发送器也可以产生一个终止信号，它由一个全部为0的数据帧组成。在当前发送数据被完全传输完以后，该模块发送一个终止信号。在终止信号发送后，它可以继续通过FIFO或发送保持寄存器（NON-FIFO）发送数据。
（2）数据接收
同样接收端数据也是可编程的，接收器可以侦测到溢出错误奇偶校验错误，帧错误和终止条件，每个错误都可以设置一个错误标志。
溢出错误是指在旧数据被读取到之前，新数据覆盖了旧数据
奇偶校验错误是指接收器侦测到了接收数据校验结果失败，接收数据无效
帧错误是指接收到的数据没有一个有效的停止位，无法判定数据帧结束
终止条件是指RxDn接收到保持逻辑0状态持续长于一个数据帧的传输时间
（3）自动流控AFC（Auto Float Control）
UART0和UART1支持有nRTS和nCTS的自动流控，UART2不支持流控。在AFC情况下，通信双方nRTS和nCTS管脚分别连接对方的nCTS和nRTS管脚。通过软件控制数据帧的发送和接收。
在开启AFC时，发送端接收发送前要判断nCTS信号状态，当接收到nCTS激活信号时，发送数据帧。该nCTS管脚连接对方nRTS管脚。接收端在准备接收数据帧前，其接收器FIFO有大于32个字节的空闲空间，nRTS管脚会发送激活信号，当其接收FIFO小于32个字节的空闲空间，nRTS必须置非激活状态。如图3所示。
图3 自动流控数据传输
（4）波特率
在UART中波特率发生器为发送器和接收器提供工作时钟。波特率发生器的时钟源可以选择S3C2440A的内部系统时钟(PCLK，FCLK/n)或UEXTCLK（外部时钟源），可以通过设置UCONn寄存器来设置波特率发生器的输入时钟源。通常我们选择使用PCLK作为UART工作时钟。
UART控制器中没有对波特率进行设置的寄存器，而是通过设置一个除数因子，来决定其波特率。其计算公式如下：
UART除数（UBRDIVn） = (int) ( UART时钟 / (buadrate * 16 ) ) - 1
其中：
UBRDIVn的取值范围应该为1~2^16-1。
UART时钟，可以选择 PCLK，FCLK/n或者UEXTCLK
例如：
波特率为115200bps，PCLK时钟为其工作频率，采用50MHz，则UBRDIVn为：
UBRDIVn = (int) (50M / (115200 x 16) ) - 1 = 26
在系统时钟未初始化时，PCLK = 12MHz，如果波特率采用57600bps，那么UBRDIVn为：
UBRDIVn = (int) (12M / (57600 x 16)) - 1 = 12
当然，UBRDIVn应该是从1~(2^16-1)，只有在使用小于PCLK的UEXTCLK时设置为0（旁路模式）。
（5）波特率的错误容忍率（Baud-Rate Error Torlerance）
数据信号在传输过程中由于外界电磁干扰，信号减弱等原因，当时钟频率较低，传输速率较高时会产生误差，当误差达到一定值时，会出现数据信号不能正常识别，造成通信异常。好比如，在普通列车轨道上试图行驶高速列车一样，由于高速列车对轨道要求很高，当速度达到一定程度，很可能造成事故。业界的波特率的错误容忍率为1.87%(3 / 160)，如果大于该值则应该选择较低的波特率或提高输入时钟频率。
错误容忍率计算公式为：
UART Error = (tUPCLK - tUEXACT) / tUEXACT * 100%
注：
tUPCLK为UART的真实工作时钟频率：tUPCLK = (UBRDIVn + 1) * 16 * 1Frame / PCLK
tUEXACT为UART理想工作时钟频率：tUEXACT = 1Frame / baudrate
其中：1Frame 为数据帧的长度 = 开始位 + 数据位 + 可选校验位 + 停止位
假如，波特率采用115200bps，PCLK时钟为50MHz，波特率除数因子UBRDIVn为26（通过前面UBRDIVn计算公式算出），采用1个停止位，8个数据位，无校验的8N1方式通信时，其错误容忍率为：
tUPCLK = 27 * 16 * 10 / 50M = 0.0000864
tUEXACT = 10 / 115200 = 0.0000868
UART Error = | 0.0000864 - 0.0000868 | / 0.0000868 = 0.46%
在开发板没有初始化系统时钟前，开发板工作在12MHz下，假如我们将波特率设置为115200bps，采用PCLK为系统默认时钟12MHz，8N1数据帧格式通信，那么：
UBRDIVn = (int)(12M / (115200 * 16)) - 1 = 6
其错误容忍率：
tUPCLK = 7 * 16 * 10 / 12M = 0.0000933
tUEXACT = 10 / 115200 = 0.0000868
UART Error = | 0.0000933 - 0.0000868 | / 0.0000868 = 7.5%
其错误容忍率大于1.86%，因此在12MHz频率下，波特率不能设置为115200，现在将波特率设置为56700bps，采用8N1数据帧格式通信，那么：
UBRDIVn = (int)(12M / (57600 * 16)) - 1 = 12
tUPCLK = 13 * 16 * 10 / 12M = 0.000173
tUEXACT = 10 / 57600 = 0.0001736
UART Error = | 0. 000173 - 0. 0001736 | / 0. 0001736 = 0.345%
采用波特率为56700bps，8N1数据帧格式通信时，其错误容忍率小于标准的1.86%，因此可以正常工作。
MINI2440 UART串口
图4 MINI2440开发板串口硬件图
图4为MINI2440开发板引出UART串口接线图，它采用DB9接口公头，其有9根信号线，UART通信过程中用到了信号线2 RSTXD0（数据发送管脚）它和串口线母头TXDx信号线相接（x代表0号，1号，2号串口），信号3 RSRXD0（数据接收管脚）和串口线母头RXDx相接（x代表0号，1号，2号串口），信号线5（接地管脚），信号线7 RSCTS0（数据发送流控制管脚）和串口线母头nCTSx相接，信号线8 RSRTS0（数据接收流控制管脚）和串口线母头nRTSx相接。如果UART中没有开启AFC流控的话，只要用到信号线2，信号线3和信号线5。
图5 MIMI2440串口管脚接线
由图5可以看出，TXD0和RXD0连接到CPU的GPH2和GPH3管脚上的，而GPH2和GPH3是CPU复用管脚，因此我们要对GPH2和GPH3对应寄存器进行设置，其对应寄存器为GPHCON，如图6所示。
图6 GPHCON寄存器
CPHCON[5:4]和GPHCON[7:6]为TXD和RXD管脚设置位，将其功能设置为UART专用通信管脚，因此设置为0b10，分别用于UART数据的发送和接收，即GPHCON |= 0xa0
图7 GPHUP上拉电阻设置寄存器
GPHUP上拉电阻设置寄存器：上拉电阻用来稳定电平信号，保障传输数据的正确，GPHUP里设置其内部上拉，即GPHUP=0x0
图8 ULCONn寄存器
通过设置ULCON0来设置UART0通信方式，ULCON0[6]选择通信方式为普通模式操作或红外Tx/Rx模式，ULCON[5:3]设置串口0校验方式，ULCON0[2]设置串口0停止位数，ULCON0[1:0]设置串口0的数据位数。
我们选择普通通信模式，无校验位，1个停止位，8个数据位的数据通信方式，因此：ULCON0=0x03;
图9 UART0串口控制器寄存器（UCON0）
通常UART串口采用PCLK作为输入工作时钟，采用简单的轮询方式进行数据接收和发送，不开启数据接收超时，数据产生错误时不产生错误状态中断，因此，UCON0=0x05
图10 UART FIFO控制寄存器（UFCON0）
图11 UART MODEM控制寄存器（UMCON0）
图11 UART 发送/接收状态寄存器
图12 UART 发送缓存寄存器（UTXH0）
图13 UART接收缓存寄存器（URXH0）
图14 UART波特率除数寄存器（UBRDIV0）
上述寄存器是和UART通信相关的寄存器，使用简单的无FIFO，无自动流控AFC时，设置如下：
UFCON0 = 0x00; //不使用FIFO
UMCON0 = 0x00; //不使用流控
UBRDIV0 = 26; //波特率为115200，PCLK=50MHz
UBRDIV0 = 53; //波特率为57600，PCLK=50MHz
UBRDIV0 = 12; //波特率为57600，PCLK=12MHz
UTXH0和URXH0分别是数据发送和接收寄存器，发送数据时通过轮询方式判断发送状态寄存器的状态，当可以发送数据时，执行UTXH0寄存器写入操作，接收数据时，以轮询方式检测接收状态寄存器状态，当有数据到达时，读取URXH0寄存器里的数据即可取得串口数据。
1 #define TXD0READY (1<<2) //发送数据状态OK
2 #define RXD0READY (1) //接收数据状态OK
3
4 /* UART串口单个字符打印函数 */
5 extern void putc(unsigned char c)
6 {
7 while( ! (UTRSTAT0 & TXD0READY) );
8 UTXH0 = c;
9 }
10
11 /* UART串口接受单个字符函数 */
12 extern unsigned char getc(void)
13 {
14 while( ! (UTRSTAT0 & RXD0READY) );
15 return URXH0;
16 }