嵌入式硬件通信接口协议-UART（一）协议基础

2018-12-17 10:37

掘芯

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如果拿到一块板子或者一套设备，但没有源码程序，纯靠硬件抓取通信串口的数据内容，首先利用示波器观测每个bit的宽度，后换算成比特率，这时候比特率基本上就是波特率了。利用串口助手模块，在PC端下载个串口助手，设置匹配的波特率进行数据抓取。

比如抓到波形116us／bit，直接转换得：1bit／116us ＝ 1 bit／（116／1000000）s ＝ 8620．68 bit／s，此时配置串口助手的波特率，利用串口助手模块与被测信号管脚进行连接，即可实现串口数据的抓取。

（二）数据位Data bits：

在维基百科的介绍中，数据的位数一般可有5～9位，其中各个位数的应用场景也是有区别的：

5位常用于博多码（Baudot code）

7位常用于ASCII字符

8位则用于大多数类型的数据并且与字节（Byte）匹配

6位9位少用

收发双方定义了相同的数据位宽后，才能对信号管脚采样时正确解码到传输的数据内容。

如上列出的不同数据位数情况，在不同的应用场景中，能够选择合适的数据完成高效率的传输。

（三）校验位Parity：

校验位可在数据传输过程中，接收方对信号管脚进行采样和解码时，对数据的完整性和正确性进行校验，保证在通信过程中，可有效排除线路不稳定或者外界的干扰导致数据位出错的问题。

校验位作为可选的配置项，可进行的配置方式有：

配置方式

作用

备注

None

无校验

在数据传输的帧结构中没有校验位

Odd

奇校验

数据中”1”的个数是奇数，校验位被置0；

数据中”1”的个数是偶数，校验位被置1。

Even

偶校验

数据中”1”的个数是奇数，校验位被置1；

数据中”1”的个数是偶数，校验位被置0。

Mark

校验位始终是“1”

Space

校验位始终是“0”

对于奇偶校验位的设置，比较容易混淆的是奇校验和偶校验的设定，在下图中分别列出了所有校验位配置方式的时序图，其中传输的数据是DigCore的缩写DC，即十六进制为0xDC：

对比观察上图中的各类校验方式，简单说奇校验（Odd－Parity）方式，传输的数据0xDC，二进制11011100，从二进制数值看到有5个“1”，也就是奇数个“1”，则在校验位被置“0”，此时逻辑“1”的个数总和等于奇数5，从而实现奇校验。

简而言之，保证一个原则是，开启奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”数量总和为奇数，开启偶校验时，该数量总和为偶数。

（四）停止位Stop bits：

停止位可配置成1bit、1．5bit和2bit三种，配置成其中一种的时候，信号管脚的电平保持对应bit时长的高电平。

停止位的意义在于标志着一个数据的发送完成，同时保证了收发双方在进行硬件操作的时候，提供了可靠的处理时间。

（五）流控制Flow control：

流控制，俗话说就是“握手”。流控制的作用，在不同处理性能的设备之间，数据传输之前，接收方会以“流控制”来通知发送方，是否可以继续进行接下来的数据传输。这样的应用场景多见于计算机与低性能的微控制器通信，也可见于PC与打印机之间进行的数据传输，该特点都是接收方的接收缓存已满或处理事务较慢时，从而需要流控制来告知发送方稍后再发送。

流控制的方式分别有软件和硬件两种。

软件的流控制方式，在UART通信中，只需RxD、TxD、GND三根即可，数据在传输过程中，依靠代码的判断处理，并通过收发双方进行的数据交互完成控制，在现有通信物理信号线基础上，使用控制字符（ASCII表中的0x00～0x0x1F、0x7F）完成控制指令的交互。一般在私有协议下也会定义一些特殊字符设为控制指令。

硬件的流控制方式，即在原有的RxD、TxD、GND三根信号线的基础上，再增加RTS／CTS和DTR／DSR这两组信号线。

第一组线是RTS（Request toSend）和CTS（Clear toSend）。当接收方准备好接收数据，它置高RTS线表示它准备好了，如果发送方也就绪，它置高CTS，表示它即将发送数据。

第二组线是DTR（DataTerminal Ready）和DSR（Data SetReady）。这些线主要用于Modem通信。使得串口和Modem通信他们的状态。

例如：当Modem已经准备好接收来自PC的数据，它置高DTR线，表示和电话线的连接已经建立。读取DSR线置高，PC机开始发送数据。一个简单的规则是DTR／DSR用于表示系统通信就绪，而RTS／CTS用于单个数据包的传输。

而在实际的应用中，硬件的方式比较少用，最大的原因是消耗硬件成本，并且在当前的MCU性能下，UART的FIFO缓存器、MCU的UART事件中断等等因素，都能够完成数据的接收和存储，并且对大多数的应用场景是完全足够，因此在很多应用中已经很少用到硬件流控制。

信号

定义

作用

DTR

数据终端准备好

Data Terminal Ready

DSR