UART串口

　　通用異步接收器和發送器（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter） 簡稱UART。通常是嵌入式設備中默認都會配置的通信接口。這是因為，很多嵌入式設備沒有顯示屏，無法獲得嵌入式設備實時數據信息，通過UART串口和超級終端相連，打印嵌入式設備輸出信息。并且在對嵌入式系統進行跟蹤和調試時，UART串口了是必要的通信手段。比如：網絡路由器，交換機等都要通過串口來進行配置。UART串口還是許多硬件數據輸出的主要接口，如GPS接收器就是通過UART串口輸出GPS接收數據的。

　　UART功能

　　計算機內部采用并行數據，不能直接把數據發到Modem，必須經過UART整理才能進行異步傳輸，其過程為：CPU先把準備寫入串行設備的數據放到UART的寄存器（臨時內存塊）中，再通過FIFO（First Input First Output，先入先出隊列）傳送到串行設備，若是沒有FIFO，信息將變得雜亂無章，不可能傳送到Modem。

　　它是用于控制計算機與串行設備的芯片。有一點要注意的是，它提供了RS-232C數據終端設備接口，這樣計算機就可以和調制解調器或其它使用RS-232C接口的串行設備通信了。作為接口的一部分，UART還提供以下功能：將由計算機內部傳送過來的并行數據轉換為輸出的串行數據流。將計算機外部來的串行數據轉換為字節，供計算機內部并行數據的器件使用。在輸出的串行數據流中加入奇偶校驗位，并對從外部接收的數據流進行奇偶校驗。在輸出數據流中加入啟停標記，并從接收數據流中刪除啟停標記。處理由鍵盤或鼠標發出的中斷信號（鍵盤和鼠標也是串行設備）。可以處理計算機與外部串行設備的同步管理問題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數據的緩沖區，比較新的UART是16550，它可以在計算機需要處理數據前在其緩沖區內存儲16字節數據，而通常的UART是8250。如果您購買一個內置的調制解調器，此調制解調器內部通常就會有16550 UART。

　　UART基本結構

　　⑴輸出緩沖寄存器，它接收CPU從數據總線上送來的并行數據，并加以保存。

　　⑵ 輸出移位寄存器，它接收從輸出緩沖器送來的并行數據，以發送時鐘的速率把數據逐位移出，即將并行數據轉換為串行數據輸出。

　　⑶ 輸入移位寄存器，它以接收時鐘的速率把出現在串行數據輸入線上的數據逐位移入，當數據裝滿后，并行送往輸入緩沖寄存器，即將串行數據轉換成并行數據。

　　⑷ 輸入緩沖寄存器，它從輸入移位寄存器中接收并行數據，然后由CPU取走。

　　⑸控制寄存器，它接收CPU送來的控制字，由控制字的內容，決定通信時的傳輸方式以及數據格式等。例如采用異步方式還是同步方式，數據字符的位數，有無奇偶校驗，是奇校驗還是偶校驗，停止位的位數等參數。

　　⑹狀態寄存器。狀態寄存器中存放著接口的各種狀態信息，例如輸出緩沖區是否空，輸入字符是否準備好等。在通信過程中，當符合某種狀態時，接口中的狀態檢測邏輯將狀態寄存器的相應位置“1”，以便讓CPU查詢。

　　異步通信和同步通信

　　圖2-56同步信號與異步信號

　　同步通信技術

　　在發送數據信號的時候，會同時送出一根同步時鐘信號， 用來同步發送方和接收方的數據采樣頻率。如圖2-56所示，同步通信時，信號線1是一根同步時鐘信號線，以固定的頻率進行電平的切換，其頻率周期為t，在每個電平的上升沿之后進行對同步送出的數據信號線2進行采樣（高電平代表1，低電平代表0），根據采樣數據電平高低取得輸出數據信息。如果雙方沒有同步時鐘的話，那么接收方就不知道采樣周期，也就不能正常的取得數據信息。

　　異步通信技術

　　在異步通信技術中，數據發送方和數據接收方沒有同步時鐘，只有數據信號線，只不過發送端和接收端會按照協商好的協議（固定頻率）來進行數據采樣。數據發送方以每秒鐘57600bits的速度發送數據，接收方也以57600bits的速度去接收數據，這樣就可以保證數據的有效和正確。通常異步通信中使用波特率（Baud-Rate）來規定雙方傳輸速度，其單位為bps（bits per second每秒傳輸位數）。

　　數據的串行和并行通信方式

　　串行通信好比是一列縱隊，每個數據元素依次縱向排列。如圖2-57所示，傳輸時一個比特一個比特的串行傳輸，每個時鐘周期傳輸一個比特，這種傳輸方式相對比較簡單，速度較慢，但是使用總線數較少，通常一根接收線，一根發送線即可實現串行通信。它的缺點是要增加額外的數據來控制一個數據幀的開始和結束。

　　并行通信好比一排橫隊，齊頭并進同時傳輸。這種通信方式每個時鐘周期傳輸的數據量和其總線寬度成正比，但是實現較為復雜。UART通信采用的是串行方式進行通信的。

　　圖2-57串行數據通信與并行數據通信