3.3 串口通讯

一、实验目的

本节课主要学习K210的串口通讯。

二、实验准备

1.实验元件

Type-C接口和CH340串口芯片

2.元件特性

Tpye-C接口连接到串口芯片，具有供电和串口传输数据的功能，下载程序也是通过串口传输数据的功能把固件传输到K210芯片上的。

Type-C接口是目前主流的数据传输连接接口，市面上很多智能手机也是使用Type-C接口给手机充电和传输数据。Type-C接口是可以正反插的，不用担心反向拿反而插不进的问题。

CH340串口芯片是一个USB总线的转接芯片，可以实现USB转串口。具有全速USB设备接口，硬件全双工串口，内置收发缓冲区，支持通讯波特率为50bps~2Mbps，兼容USBV2.0等特点。

3.硬件连接

Tpye-C接口连接K210的IO4和IO5接口，其中IO4为K210芯片的接收引脚，IO5为K210芯片的发送引脚。

4.SDK中对应API功能

对应的头文件 uart.h

通用UART 为UART1、UART2 和UART3，支持异步通信（RS232 和RS485 和IRDA，通信速率可达到5Mbps。UART 支持CTS 和RTS 信号的硬件管理以及软件流控(XON 和XOFF)。3 个接口均可被DMA 访问或者CPU 直接访问。每次传输数据为8字节，支持异步时钟，可单独配置数据时钟，实现全双工模式，保证两个时钟域中数据同步。

uart默认为RS232模式，也可以配置为软件可编程式RS485模式。

用THRE 中断模式来提升串口性能。当THRE 模式和FIFO 模式被选择之后，如果FIFO 中少于阈值便触发THRE 中断。

为用户提供以下接口：

• uart_init：初始化uart

• uart_config (0.6.0 后不再支持，请使用uart_configure)

• uart_configure：配置串口的波特率等

• uart_send_data：通过串口发送数据

• uart_send_data_dma：通过dma通道发送数据

• uart_send_data_dma_irq：UART通过DMA发送数据，并注册DMA接收完成中断函数，仅单次中断

• uart_receive_data：读取串口数据

• uart_receive_data_dma：串口通过dma接收数据

• uart_receive_data_dma_irq：UART通过DMA接收数据，并注册DMA接收完成中断函数，仅单次中断

• uart_irq_register：注册串口中断函数

• uart_irq_deregister：注销串口中断

• uart_set_work_mode：设置uart工作模式。有四种模式：普通uart、红外、RS485全双工、RS485半双工。

• uart_set_rede_polarity：设置RS485 re de 管脚有效时的极性。

• uart_set_rede_enable：使能 re de管脚，主要用在rs485全双工模式，re和de必须手动控制。单双工模式不用调用该函数，单双工时硬件会自动设置re de。

• uart_set_tat：配置re de互相的时间间隔，这个与外部的485模块有关。

• uart_set_det：设置de 有效无效转换时数据的时间延时。

• uart_debug_init：配置调试串口。系统默认使用UART3做为调试串口，调用该函数用户可以自定义使用哪个uart做为调试串口，如果使用UART1或UART2需要使用fpioa设置管脚。因此调试脚不局限于fpioa4、5

• uart_handle_data_dma：UART通过DMA传输数据

高速通用异步收发传输器(UARTHS)对应的头文件uarths.h

高速UART为UARTHS（UART0）,通讯速率可达到5Mbps，8字节发送和接收FIFO，可编程式THRE中断，不支持硬件流控制或者其他调制解调器控制信号，或同步串行数据转换器。系统的printf调试函数默认就是调用UARTHS串口来实现发送数据的。

为用户提供以下接口

• uarths_init：初始化UARTHS，系统默认波特率为115200 8bit 1 位停止位无检验位。因为uarths 时钟源为PLL0，在设置PLL0 后需要重新调用该函数设置波特率，否则会打印乱码。

• uarths_config：设置UARTHS的参数。默认8bit数据，无校验位。

• uarths_receive_data：通过UARTHS读取数据。

• uarths_send_data：通过UART发送数据。

• uarths_set_irq：设置UARTHS中断回调函数。

• uarths_get_interrupt_mode：获取UARTHS的中断类型。接收、发送或接收发送同时中断。

• uarths_set_interrupt_cnt：设置UARTHS中断时的FIFO深度。 当中断类型为UARTHS_SEND_RECEIVE，发送接收FIFO中断深度均为cnt;

三、实验原理

串口通讯是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线等，按位（bit）进行传输数据（发送和接收）的一种通讯方式，一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束，字符之间没有固定的时间间隔要求，但是数据是低位在前，高位在后，然后接上奇偶检验位。

串口支持全双工通讯，也就是使用一根线发送数据的同时，用另一根线接收数据。串口通讯最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验，对于两个通讯的端口，这些参数是必须设置为相同的。

四、实验过程

1.首先根据上面的硬件连接引脚图，K210的硬件引脚和软件功能使用的是FPIOA映射关系。

这里要注意的是程序里操作的都是软件引脚，所以需要先把硬件引脚映射成软件GPIO功能，操作的时候直接操作软件GPIO即可。

2.然后是初始化串口，这里我们选择的是串口3，设置波特率为115200，串口数据宽度为8位，停止位为1位，不使用奇偶校验。

3.开机的时候发送“hello yahboom!”，提示已经开机完成。

4.然后循环等待串口数据，如果接收到串口数据，再通过串口把接收到的数据发送出去。

5.编译调试，烧录运行

把本课程资料中的gpiohs_rgb复制到SDK中的src目录下，然后进入build目录，运行以下命令编译。

cmake .. -DPROJ=uart -G "MinGW Makefiles"

make

编译完成后，在build文件夹下会生成uart.bin文件。

使用type-C数据线连接电脑与K210开发板，打开kflash，选择对应的设备，再将程序固件烧录到K210开发板上。

五、实验现象

烧录完成固件后，系统会弹出一个终端界面，如果没有弹出终端界面的可以打开串口助手显示调试内容。

打开电脑的串口助手，选择对应的K210开发板对应的串口号，波特率设置为115200，然后点击打开串口助手。注意还需要设置一下串口助手的DTR和RTS。在串口助手底部此时的4.DTR和7.RTS默认是红色的，点击4.DTR和7.RTS，都设置为绿色，然后按一下K210开发板的复位键。

从串口助手，可以接收到hello yahboom!的欢迎语，然后在底部输入要发送的字符，然后点击发送，K210会把接收到的数据发送回来在串口助手上显示。

六、实验总结

1.uart总共有三个，分别是UART1,UART2和UART3。

2.uart默认使用RS232模式，可以另外配置成可编程式RS485模式。

3.uart的引脚如果映射到其他硬件引脚上，需要连接其他串口芯片如CH340上才可以显示数据。

附：API

对应的头文件 uart.h

uart_init

描述

初始化uart。

函数原型

void uart_init(uart_device_number_t channel)

参数

返回值

无。

uart_configure

描述

设置UART相关参数。该函数已废弃，替代函数为uart_configure。

uart_configure

描述

设置UART相关参数。

函数原型

void uart_configure(uart_device_number_t channel, uint32_t baud_rate, uart_bitwidth_t data_width, uart_stopbit_t stopbit, uart_parity_t parity)

参数

返回值

无。

uart_send_data

描述

通过UART发送数据。

函数原型

int uart_send_data(uart_device_number_t channel, const char *buffer, size_t buf_len)

参数

返回值

已发送数据的长度。

uart_send_data_dma

描述

UART通过DMA发送数据。数据全部发送完毕后返回。

函数原型

void uart_send_data_dma(uart_device_number_t uart_channel, dmac_channel_number_t dmac_channel, const uint8_t *buffer, size_t buf_len)

参数

返回值

无。

uart_send_data_dma_irq

描述

UART通过DMA发送数据，并设置DMA发送完成中断函数，仅单次中断。

函数原型

void uart_send_data_dma_irq(uart_device_number_t uart_channel, dmac_channel_number_t dmac_channel,

                            const uint8_t *buffer, size_t buf_len, plic_irq_callback_t uart_callback,

                            void *ctx, uint32_t priority)

参数

返回值

无。

uart_receive_data

描述

通过UART读取数据。

函数原型

int uart_receive_data(uart_device_number_t channel, char *buffer, size_t buf_len);

参数

返回值

已接收到的数据长度。

uart_receive_data_dma

描述

UART通过DMA接收数据。

函数原型

void uart_receive_data_dma(uart_device_number_t uart_channel, dmac_channel_number_t dmac_channel, uint8_t *buffer, size_t buf_len)

参数

返回值

无。

uart_receive_data_dma_irq

描述

UART通过DMA接收数据，并注册DMA接收完成中断函数，仅单次中断。

函数原型

void uart_receive_data_dma_irq(uart_device_number_t uart_channel, dmac_channel_number_t dmac_channel,

                                     uint8_t *buffer, size_t buf_len, plic_irq_callback_t uart_callback,

                                     void *ctx, uint32_t priority)

参数

返回值

无。

uart_irq_register

描述

注册UART中断函数。

函数原型

void uart_irq_register(uart_device_number_t channel, uart_interrupt_mode_t interrupt_mode, plic_irq_callback_t uart_callback, void *ctx, uint32_t priority)

参数

返回值

无。

uart_irq_deregister

描述

注销UART中断函数。

函数原型

void uart_irq_deregister(uart_device_number_t channel, uart_interrupt_mode_t interrupt_mode)

参数

返回值

无。

uart_set_work_mode

描述

设置uart工作模式。有四种模式：普通uart、红外、RS485全双工、RS485半双工。

函数原型

void uart_set_work_mode(uart_device_number_t uart_channel, uart_work_mode_t work_mode)

参数

返回值

无。

uart_set_rede_polarity

描述

设置RS485 re de 管脚有效时的极性。

函数原型

void uart_set_rede_polarity(uart_device_number_t uart_channel, uart_rs485_rede_t rede, uart_polarity_t polarity)

参数

返回值

无。

uart_set_rede_enable

描述

使能 re de管脚，主要用在rs485全双工模式，re和de必须手动控制。单双工模式不用调用该函数，单双工时硬件会自动设置re de。

函数原型

void uart_set_rede_enable(uart_device_number_t uart_channel, uart_rs485_rede_t rede, bool enable)

参数

返回值

无。

uart_set_tat

描述

配置re de互相的时间间隔，这个与外部的485模块有关。

函数原型

void uart_set_tat(uart_device_number_t uart_channel, uart_tat_mode_t tat_mode, size_t time)

参数

返回值

无。

uart_set_det

描述

设置de 有效无效转换时数据的时间延时。

函数原型

void uart_set_det(uart_device_number_t uart_channel, uart_det_mode_t det_mode, size_t time)

参数

返回值

无。

uart_debug_init

描述

配置调试串口。系统默认使用UART3做为调试串口，调用该函数用户可以自定义使用哪个uart做为调试串口，如果使用UART1或UART2需要使用fpioa设置管脚。因此调试脚不局限于fpioa4、5。

函数原型

void uart_debug_init(uart_device_number_t uart_channel)

参数

返回值

无。

uart_handle_data_dma

描述

UART通过DMA传输数据。

函数原型

void uart_handle_data_dma(uart_device_number_t uart_channel ,uart_data_t data, plic_interrupt_t *cb)

参数

返回值

无

数据类型

相关数据类型、数据结构定义如下：

• uart_device_number_t：UART 编号。

• uart_bitwidth_t：UART 数据位宽。

• uart_stopbits_t：UART 停止位。

• uart_parity_t：UART 校验位。

• uart_interrupt_mode_t：UART中断类型，接收或发送。

• uart_send_trigger_t：发送中断或DMA触发FIFO深度。

• uart_receive_trigger_t：接收中断或DMA触发FIFO深度。

• uart_data_t：使用dma传输时数据相关的参数。

• uart_interrupt_mode_t：传输模式，发送或接收。

• uart_work_mode_t：UART工作模式。

• uart_rs485_rede_t：选择re de管脚。

• uart_polarity_t：de re极性。

• uart_tat_mode_t：de re转换选择。

• uart_det_mode_t：de 有效无效选择。

uart_device_number_t

描述

UART编号。

定义

typedef enum _uart_device_number

{

    UART_DEVICE_1,

    UART_DEVICE_2,

    UART_DEVICE_3,

    UART_DEVICE_MAX,

} uart_device_number_t;

成员

uart_bitwidth_t

描述

UART数据位宽。

定义

typedef enum _uart_bitwidth

{

    UART_BITWIDTH_5BIT = 0,

    UART_BITWIDTH_6BIT,

    UART_BITWIDTH_7BIT,

    UART_BITWIDTH_8BIT,

} uart_bitwidth_t;

成员

uart_stopbits_t

描述

UART 停止位。

定义

typedef enum _uart_stopbits

{

    UART_STOP_1,

    UART_STOP_1_5,

    UART_STOP_2

} uart_stopbits_t;

成员

uart_parity_t

描述

UART 校验位。

定义

typedef enum _uart_parity

{

    UART_PARITY_NONE,

    UART_PARITY_ODD,

    UART_PARITY_EVEN

} uart_parity_t;

成员

uart_interrupt_mode_t

描述

UART中断类型，接收或发送。

定义

typedef enum _uart_interrupt_mode

{

    UART_SEND = 1,

    UART_RECEIVE = 2,

} uart_interrupt_mode_t;

成员

uart_send_trigger_t

描述

发送中断或DMA触发FIFO深度。当FIFO中的数据小于等于该值时触发中断或DMA传输。FIFO的深度为16字节。

定义

typedef enum _uart_send_trigger

{

    UART_SEND_FIFO_0,

    UART_SEND_FIFO_2,

    UART_SEND_FIFO_4,

    UART_SEND_FIFO_8,

} uart_send_trigger_t;

成员

uart_receive_trigger_t

描述

接收中断或DMA触发FIFO深度。当FIFO中的数据大于等于该值时触发中断或DMA传输。FIFO的深度为16字节。

定义

typedef enum _uart_receive_trigger

{

    UART_RECEIVE_FIFO_1,

    UART_RECEIVE_FIFO_4,

    UART_RECEIVE_FIFO_8,

    UART_RECEIVE_FIFO_14,

} uart_receive_trigger_t;

成员

uart_data_t

描述

使用dma传输时数据相关的参数。

定义

typedef struct _uart_data_t

{

    dmac_channel_number_t tx_channel;

    dmac_channel_number_t rx_channel;

    uint32_t *tx_buf;

    size_t tx_len;

    uint32_t *rx_buf;

    size_t rx_len;

    uart_interrupt_mode_t transfer_mode;

} uart_data_t;

成员

uart_interrupt_mode_t

描述

UART数据传输模式。

定义

typedef enum _uart_interrupt_mode

{

    UART_SEND = 1,

    UART_RECEIVE = 2,

} uart_interrupt_mode_t;

成员

uart_work_mode_t

描述

UART工作模式。

定义

typedef enum _uart_work_mode

{

    UART_NORMAL,

    UART_IRDA,

    UART_RS485_FULL_DUPLEX,

    UART_RS485_HALF_DUPLEX,

} uart_work_mode_t;

成员

uart_rs485_rede_t

描述

RS485 re de管脚。

定义

typedef enum _uart_rs485_rede

{

    UART_RS485_DE,

    UART_RS485_RE,

    UART_RS485_REDE,

} uart_rs485_rede_t;

成员

uart_polarity_t

描述

re de 有效时的极性。

定义

typedef enum _uart_polarity

{

    UART_LOW,

    UART_HIGH,

} uart_polarity_t;

成员

uart_tat_mode_t

描述

re de转换的模式。

定义

typedef enum _uart_tat_mode

{

    UART_DE_TO_RE,

    UART_RE_TO_DE,

    UART_TAT_ALL,

} uart_tat_mode_t;

成员

uart_det_mode_t

描述

de 有效无效选择。

定义

typedef enum _uart_det_mode

{

    UART_DE_ASSERTION,

    UART_DE_DE_ASSERTION,

    UART_DE_ALL,

} uart_det_mode_t;

成员

对应的头文件 uarths.h

uarths_init

描述

初始化UARTHS，系统默认波特率为115200 8bit 1位停止位 无检验位。因为uarths时钟源为PLL0，在设置PLL0后需要重新调用该函数设置波特率，否则会打印乱码。

函数原型

void uarths_init(void)

参数

无。

返回值

无。

uarths_config

描述

设置UARTHS的参数。默认8bit数据，无校验位。

函数原型

void uarths_config(uint32_t baud_rate, uarths_stopbit_t stopbit)

参数

返回值

无。

uarths_receive_data

描述

通过UARTHS读取数据。

函数原型

size_t uarths_receive_data(uint8_t *buf, size_t buf_len)

参数

返回值

已接收到的数据长度。

uarths_send_data

描述

通过UART发送数据。

函数原型

size_t uarths_send_data(const uint8_t *buf, size_t buf_len)

参数

返回值

已发送数据的长度。

uarths_set_irq

描述

设置UARTHS中断回调函数。

函数原型

void uarths_set_irq(uarths_interrupt_mode_t interrupt_mode, plic_irq_callback_t uarths_callback, void *ctx, uint32_t priority)

参数

返回值

无。

uarths_get_interrupt_mode

描述

获取UARTHS的中断类型。接收、发送或接收发送同时中断。

函数原型

uarths_interrupt_mode_t uarths_get_interrupt_mode(void)

参数

无

返回值

当前中断的类型。

uarths_set_interrupt_cnt

描述

设置UARTHS中断时的FIFO深度。 当中断类型为UARTHS_SEND_RECEIVE，发送接收FIFO中断深度均为cnt;

函数原型

void uarths_set_interrupt_cnt(uarths_interrupt_mode_t interrupt_mode, uint8_t cnt)

参数

返回值

无。

举例

/* 设置接收中断 中断FIFO深度为0，即接收到数据立即中断并读取接收到的数据。*/

    int uarths_irq(void *ctx)

    {

        if(!uarths_receive_data((uint8_t *)&receive_char, 1))

            printf("Uarths receive ERR!n");

        return 0;

    }

    plic_init();

    uarths_set_interrupt_cnt(UARTHS_RECEIVE , 0);

    uarths_set_irq(UARTHS_RECEIVE ,uarths_irq, NULL, 4);

    sysctl_enable_irq();

数据类型

相关数据类型、数据结构定义如下：

• uarths_interrupt_mode_t：中断类型。

• uarths_stopbit_t：停止位。

uarths_interrupt_mode_t

描述

UARTHS中断类型。

定义

typedef enum _uarths_interrupt_mode

{

    UARTHS_SEND = 1,

    UARTHS_RECEIVE = 2,

    UARTHS_SEND_RECEIVE = 3,

} uarths_interrupt_mode_t;

成员

uarths_stopbit_t

描述：

UARTHS停止位。

定义

typedef enum _uarths_stopbit

{

    UART_STOP_1,

    UART_STOP_2

} uarths_stopbit_t;

成员