关于UART 控制器的RTS/CTS技术分析

在RS232 中本来 CTS 与 RTS 有明确的意义，但自从贺氏（HAYES ） 推出了聪明猫（SmartModem）后就有点混淆了，不过现在这种意义为主流意义的，各大芯片制造厂家对 UART 控制器的流控基本采用 HAYES MODEM 流控解释。

在 RS232 中 RTS 与 CTS 是用来半双工模式下的方向切换，本文不解释；

如果 UART 只有 RX、TX 两个信号，要流控的话只能是软流控；如果有 RX，TX，CTS，RTS 四个信号，则多半是支持硬流控的 UART；如果有 RX，TX，CTS ，RTS ，DTR，DSR 六个信号的话，RS232 标准的可能性比较大。

SIMCOM 公司对 RTS/CTS 的解释：

（要注意区别是不是讲串口支持硬流控的 RTS/CTS，别看为益，在和瑞芯微调试硬件流控时，被这个非主流的解释搞得晕头转向的）

RTS 是模块的输入端，用于 MCU 通知模块，MCU 是否准备好，模块是否可向 MCU 发送信息，RTS 的有效电平为低。

CTS 是模块的输出端，用于模块通知 MCU，模块是否准备好，MCU 是否可向模块发送信息，CTS 的有效电平为低

HAYES Modem 中的 RTS ，CTS 是用来进 行硬件流控的。现在通常 UART 的 RTC、CTS 的含义指后者，即用来做硬流控的。

硬流控的 RTS、CTS：

（现在做串口使用 RTS/CTS 必看内容，因为 MTK/）

RTS （Require ToSend，发送请求）为输出信号，用于指示本设备准备好可接收数据，低电平有效，低电平说明本设备可以接收数据。

CTS （Clear ToSend，发送允许）为输入信号，用于判断是否可以向对方发送数据，低电平有效，低电平说明本设备可以向对方发送数据。

此处有人将 CTS 翻译为发送允许，我感觉的确比翻译为清除发送好。因为 CTS 是对方的 RTS 控制己方的 CTS 是否允许发送的功能。

用 AP 与 MODEM 采用流控收发串口数据举例：

CTS 为输入

RTS 为输出

AP 的 CTS 对接 MODEM 的 RTS；MODEM 的 CTS 对接 AP 的 RTS。

默认启动时：

AP 的 CTS 为高

AP 的 RTS 为低

MODEM 的 CTS 高 但极容易被拉低

MODEM 的 RTS 低

默认休眠时

MODEM 的 CTS 高 但极容易被拉低

MODEM 的 RTS 高

其中 CTS 用电压表测量电压时发现：在测量最初的大概 200ms 时，为高电平，然后电压值不断下降，变成低电平，这说明 CTS 悬空时应该为高，这中高电平仅仅是一定量的正电荷而已。

不知道芯片设计时，规格说明书为什么要写 CTS 默认为高，CTS 仅仅是输入端，不需要什么默认值啊。并且在流控打开情况下，不接 CTS 与 RTS，也是可以正常 3 根线（RXD/TXD/GND）通信的，这说明不接 RTS/CTS 时，CTS 为低电平才对。为何实际使用与芯片规格说明书不一致，可能是被外壳金属盖干扰到低电平了，毕竟自己用的模块，CTS 是如此靠近低电平的金属保护盖，并且 CTS 为输入口，没有上拉下拉电平能力。

AP 与 MODEM 的流控这样通信的：

AP 串口可用时，将 AP-RTS 拉低，MODEM-CTS 检测到 AP-RTS 为低，知道 AP 串口已准备好，可以发送数据；

AP 串口不可用时，将 AP-RTS 拉高，MODEM-CTS 检测到 AP-RTS 为高，知道 AP 串口还未准备好，就不会放数据。

MODEM 串口可用与不可用时的交互是同样道理。

没有串口控制器，用中断和普通 IO 口即可实现 RTS 与 CTS 功能。

RTS 用 GPIO 实现，串口就绪（无数据发送，等待接收）拉低电平，串口忙（自己有数据发送）拉高电平

CTS 用中断实现，检测到低电平，将串口数据发送出去，检测到高电平则保留串口数据直到检测到低电平为止。

下面是摘录网上有用的参考资料：

假定 A、B 两设备通信，A 设备的 RTS 连接 B 设备的 CTS ；A 设备的 CTS 连接 B 设备的 RTS 。

前一路信号控制 B 设备的发送，后一路信号控制 A 设备的发送。对 B 设备的发送（A 设备接收）来说，如果 A 设备接收缓冲快满的时发出 RTS 信号（RTS 拉高，RTS 无效，告知对方停止发送），通知 B 设备停止发送，B 设备通过 CTS 检测到该信号，停止发送；一段时间后 A 设备接收缓冲有了空余，发出 RTS 信号（RTS 拉低，RTS 有效，请求发送），指示 B 设备开始发送数据。A 设备发（B 设备接收）类似。

上述功能也能在数据流中插入 Xoff（特殊字符）和 Xon（另一个特殊字符）信号来实现。A 设备一旦接收到 B 设备发送过来的 Xoff，立刻停止发送；反之，如接收到 B 设备发送过来的 Xon，则恢复发送数据给 B 设备。同理，B 设备也类似，从而实现收发双方的速度匹配。

半双工的方向切换：RS232 中使用 DTR（Date Terminal Ready，数据终端准备）与 DSR（Data Set Ready ，数据设备准备好）进行主流控，类似上述的 RTS 与 CTS 。对半双工的通信的 DTE（Date Terminal Equipment，数据终端设备）与 DCE（Data circuitEquipment ）来说，默认的方向是 DTE 接收，DCE 发送。如果 DTE 要发送数据，必须发出 RTS 信号，请求发送数据。DCE 收到后如果空闲则发出 CTS 回应 RTS 信号，表示响应请求，这样通信方向就变为 DTE-》TCE，同时 RTS 与 CTS 信号必须一直保持。从这里可以看出，CTS ，TRS 虽然也有点流控的意思（如 CTS 没有发出，DTE 也不能发送数据），但主要是用来进行方向切换的。

流控制在串行通讯中的作用

这里讲到的“流”，当然指的是数据流。数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失。现在我们在网络上通过 MODEM 进行数据传输，这个问题就尤为突出。流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过来时，就发出“不再接收”的信号，发送端就停止发送，直到收到“可以继续发送”的信号再发送数据。因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。PC 机中常用的两种流控制是硬件流控制（包括 RTS/CTS、DTR/CTS 等）和软件流控制 XON/XOFF（继续 / 停止），下面分别说明。

硬件流控制

硬件流控制常用的有 RTS/CTS 流控制和 DTR/DSR（数据终端就绪 / 数据设置就绪）流控制。

硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用 RTS/CTS（请求发送 / 清除发送）流控制时，应将通讯两端的 RTS、CTS 线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用 RTS 来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用 CTS 来起动和暂停来自计算机的数据流。这种硬件握手方式的过程为：我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的 75％）和一个低位标志（可为缓冲区大小的 25％），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将 CTS 线置低电平（送逻辑 0），当发送端的程序检测到 CTS 为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将 CTS 置高电平。RTS 则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。

常用的流控制还有还有 DTR/DSR（数据终端就绪 / 数据设置就绪）。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。

软件流控制

由于电缆线的限制，我们在普通的控制通讯中一般不用硬件流控制，而用软件流控制。一般通过 XON/XOFF 来实现软件流控制。常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端发出 XOFF 字符（十进制的 19 或 Control-S，设备编程说明书应该有详细阐述），发送端收到 XOFF 字符后就立即停止发送数据；当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端发出 XON 字符（十进制的 17 或 Control-Q），发送端收到 XON 字符后就立即开始发送数据。一般可以从设备配套源程序中找到发送的是什么字符。

应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有这个问题。

问题

1.UART 和 RS232 是什么关系？

UART（Universal Asynchronization Receviver/Transmite） 可以作为一种软件接口协议来看，包括 RS232、RS485、RS422 等接口标准规范和总线标准规范，这些标准规定了接口的电气特性（如电平）、传输速率、连接特性等，实际上属于通信网络中的物理层的概念，与通信协议没有直接关系，通信协议一般属于链路层即 link 层的概念。

那么 RS232 和 TTL 的 uart 什么关系呢？都是 uart 协议，就像上述提到的，只是电气特性如电平不同。

2.UART 是全双工通信，为何需要 RTS 和 CTS 来控制方向呢？

在 uart 全双工通信中是不需要 RTS 和 CTS 的，二者只是用在半双工通信中，如 RS485.

3. 在很多芯片手册中，uart 支持 IrDA（红外）和 RS485 模式，支持 RS485 模式是什么概念呢？

在 SAM4S 芯片手册中，RS485 模式是如下这么描述的：

While operating in RS485 mode， the USART behaves as though in Async or Sync mode and configuration of all the parameters is possible 。

The difference is that the RTS pin is driven high when the transmitter is operating.

The RTS pin is controlled by TXEMPTY bit.

也就是说在 RS485 模式下，区别于正常模式在于当处于发送情况下，RTS 脚是拉高的，一旦发送结束（TXEMPTY 置位），RTS 拉低，通知对方可以发送数据，从而完成硬件自动流控。

下面图 1 为 SAM4S 的 RS485 模式连接图，图 2 为 i.MX6 的的 RS485 模式连接图。

4. 通常情况，串口起始位和停止位分别什么电平来表示？

起始位通常为低电平，用来同步；停止位为高电平，用来表示帧结束。

编辑：hfy