【产品应用】AWorksLP 样例详解（MR6450）——UART

AWorksLP 对外设进行了高度抽象化，为同一类外设提供了相同的接口，应用程序可以轻松跨平台。本文以MR6450平台为例，介绍AWorksLP UART 外设基本用法。

  简介

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种通用异步收发传输器，其使用串行的方式在双机之间进行数据交换，实现全双工通信。数据引脚仅包含用于接收数据的RXD和用于发送数据的TXD。数据在数据线上一位一位的串行传输，要正确解析这些数据，必须遵循UART协议，以下简述几个关键的概念：

• 波特率

  波特率决定了数据传输速率，其表示每秒传送数据的位数，值越大，数据通信的速率越高，数据传输得越快。常见的波特率有4800、9600、14400、19200、38400、115200等等，若波特率为115200，则表示每秒钟可以传输115200位（注意：是bit，不是byte）数据。

• 空闲位

  数据线上没有数据传输时，数据线处于空闲状态。空闲状态的电平逻辑为“1”。

• 起始位
  起始位表示一帧数据传输的开始，起始位的电平逻辑是“0”。

• 数据位

  紧接起始位后，即为实际通信传输的数据，数据的位数可以是5、6、7、8等，数据传输时，从最低位开始依次传输。

• 奇偶校验位

  奇偶校验位用于接收方对数据进行校验，及时发现由于通信故障等问题造成的错误数据。奇偶校验位是可选的，可以不使用奇偶校验位。奇偶校验有奇校验和偶校验两种形式，该位的逻辑电平与校验方法和所有数据位中逻辑“1”的个数相关。

  1. 奇校验：通过设置该位的值（“1”或“0”），使该位和数据位中逻辑“1”的总个数为奇数。例如，数据位为8位，值为：10011001，“1”的个数为4个（偶数），则奇校验时，为了使“1”的个数为奇数，就要设置奇偶校验位的值为“1”，使“1”的总个数为5个（奇数）。

  2. 偶校验：通过设置该位的值（“1”或“0”），使该位和数据位中逻辑“1”的总个数为偶数。例如，数据位为8位，值为：10011001，“1”的个数为4个（偶数），则偶校验时，为了使“1”的个数为偶数，就要设置奇偶校验位的值为0，使“1”的个数保持不变，为4（偶数）。

  通信双方使用的校验方法应该一致，接收方通过判断“1”的个数是否为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）来判定数据在通信过程中是否出错。

• 停止位

  停止位表示一帧数据的结束，其电平逻辑为“1”，其宽度可以是1位、1.5位、2位。即其持续的时间为位数乘以传输一位的时间（由波特率决定），例如，波特率为115200，则传输一位的时间为1/115200秒，约为8.68us。若停止位的宽度为1.5位，则表示停止位持续的时间为：1.5 × 8.68us ≈ 13us。

常见的帧格式为：1位起始位，8位数据位，无校验，1位停止位。由于起始位的宽度恒为1位，不会变化，而数据位，校验位和停止位都是可变的，因此，往往在描述串口通信协议时，都只是描述其波特率、数据位，校验位和停止位，不再单独说明起始位。

注意：

通信双方必须使用完全相同的配置，包括波特率、起始位、数据位、停止位等。如果配置不一致，则通信数据会错乱，不能正常通信。在通信中，若出现乱码的情况，应该首先检查通信双方所使用的配置是否一致。

接口介绍

表1 函数列表

函数原型	简要描述
aw_err_t aw_serial_flush_read (int fd);	串口刷新读取
aw_err_t aw_serial_dcb_set (int fd, const struct aw_serial_dcb *p_dcb);	配置串口设备参数
aw_err_t aw_serial_dcb_get (int fd, struct aw_serial_dcb *p_dcb);	获取串口设备配置参数
aw_err_t aw_serial_timeout_set (int fd, struct aw_serial_timeout *p_cfg);	配置超时参数
aw_err_t aw_serial_timeout_get (int fd, struct aw_serial_timeout *p_cfg);	获取超时参数

下表为UART接口相关结构体类型。

表2 结构体类型表

类型	简要描述
struct aw_serial_dcb	串口配置结构描述
struct aw_serial_timeout	串口超时设置

UART 配置信息说明：

1. aw_serial_dcb：

struct aw_serial_dcb {
  uint32_t  baud_rate;
  uint32_t  byte_size:4;
  uint32_t  f_parity:1;
  uint32_t  parity:1;
  uint32_t  stop_bits:2;
  uint32_t  f_ctsflow:1;
  uint32_t  f_rtsctrl:2;
  uint32_t  f_dsrsensitivity:1;
  uint32_t  f_dsrflow:1;
  uint32_t  f_dtrctrl:2;
  uint32_t  f_outx:1;
  uint32_t  f_inx:1;
  uint32_t  f_fast_respond_recv:1;
  uint32_t  f_dummy:14;
  uint16_t  xon_lim;
  uint16_t  xoff_lim;
  char      xon_char;
  char      xoff_char;
};

成员详解：

• baud_rate：波特率；

• byte_size：数据位宽度，范围：[5:8]；

• f_parity：奇偶校验，1:使能0:禁能；

• parity：校验方法；

表3 串口校验方法取值表

宏定义	含义
AW_SERIAL_EVENPARITY	偶效验
AW_SERIAL_ODDPARITY	奇效验

• stop_bits：停止位数；

表4 串口停止位数取值表

宏定义	含义
AW_SERIAL_ONESTOPBIT	1 位停止位
AW_SERIAL_ONE5STOPTS	1.5 位停止位
AW_SERIAL_TWOSTOPBITS	2 位停止位
AW_SERIAL_STOP_INVALID	0 表示无效停止位

• f_ctsflow：监控CTS(clear-to-send)信号作输出流控，1：CTS无效时数据发送被挂起，0：禁能；
• f_rtsctrl：设置RTS(request-to-send)流控；

表5 串口设备RTS(request-to-send)流控取值表

宏定义	含义
AW_SERIAL_RTS_HANDSHAKE	硬件流控
AW_SERIAL_RTS_DISABLE	软件控制RTS无效
AW_SERIAL_RTS_ENABLE	软件控制RTS有效
AW_SERIAL_RTS_INVALID	无效RTS

• f_dsrsensitivity：设置dsr_sensitivity，1：对DSR信号敏感,除非DSR信号有效，否则将忽略所有接收的字节；
• f_dsrflow：是否监控DSR(data-set-ready信号来做输出流控)，1：若DSR无效时数据发送被挂起，直至DSR有效；
• f_dtrctrl：设置DTR(data-termial-ready)流控;

表6 串口设备DTR(data-terminal-ready)流控取值表

宏定义	含义
AW_SERIAL_DTR_HANDSHAKE	硬件流控
AW_SERIAL_DTR_DISABLE	软件控制DTR无效
AW_SERIAL_DTR_ENABLE	软件控制DTR有效
AW_SERIAL_DTR_INVALID	无效DTR

• f_outx：XON/XOFF流量控制在发送时是否可用。1：当xoff值被收到时，发送停止；当xon值被收到时，发送继续；
• f_inx：XON/XOFF流量控制在接收时是否可用。1：当接收缓冲区中空余容量小于xoff_lim字节时，发送xoff字符;当接收缓冲区中已有xon_lim字节的空余容量时，发送xon字符，占1位；
• f_fast_respond_recv：快速响应接收 1:使能0:禁能；

注解：

1.该配置项适用于接收时间敏感型应用，例如modbus;

2.该配置项实现通用的手段是将串口接收FIFO设置为1，当接收到一个数据后就产生接收中断。对于没有FIFO的串口来说，这个设置也许会被忽略。

• f_dummy：保留位；

• xon_lim：在XON字符发送前接收缓冲区内空余容量的最小字节数；
• xoff_lim：在XOFF字符发送前接收缓冲区内空余容量的最大字节数；
• xon_char：指定XON字符；
• xoff_char：指定XOFF字符。

2. aw_serial_timeout：

struct aw_serial_timeout {
    uint32_t  rd_timeout;
    uint32_t  rd_interval_timeout;
}

成员详解：

• rd_timeout：读超时时间；

• rd_interval_timeout：码间超时。

使用样例

AWorksLP SDK相关使用请参考《AWorksLP SDK快速入门（MR6450）——开箱体验》一文，本文不在赘述。

‍1. UART0收发功能

{SDK}demosperipheral serial路径下为通用UART例程，例程具体代码如下：

#include "aworks.h"
#include "aw_task.h"
#include "aw_delay.h"
#include "aw_serial.h"
#include "aw_ioctl.h"
#include "aw_fcntl.h"
#include "aw_application_autoconf.h"
#include "aw_unistd.h"
#include "aw_vdebug.h"
#include "rtk_autoconf.h"
/**
 * rief 串口 demo
 * 
eturn 无
 */
aw_local void* __task_handle (void *parg)
{
    char                      buf[32];
    int                       len = 0;
    struct  aw_serial_dcb     dcb;
    aw_err_t                  ret;
    struct aw_serial_timeout  timeout;
    int                       fd;


    fd = aw_open(CONFIG_DEMO_SERIAL_DEVICE_NAME,AW_O_RDWR,0);
    if(fd < 0){
        aw_kprintf("serial open failed
");
        aw_close(fd);
        return 0;
    }


    /* 获取dcb的默认配置 */
    ret = aw_serial_dcb_get(fd, &dcb);
    if (AW_OK != ret) {
        aw_kprintf("serial get dcb failed: %d 
",ret);
        aw_close(fd);
        return 0;
    }


    /* 配置串口波特率为115200，8个数据位，1位停止位，无奇偶校验 */
    dcb.baud_rate = 115200;
    dcb.byte_size = 8;
    dcb.stop_bits = AW_SERIAL_ONESTOPBIT;
    dcb.f_parity = AW_FALSE;
    ret = aw_serial_dcb_set(fd, &dcb);
    if (AW_OK != ret) {
        aw_kprintf("serial set dcb failed: %d 
",ret);
        aw_close(fd);
        return 0;
    }


    /* 配置串口超时 */
    ret = aw_serial_timeout_get(fd, &timeout);
    if (AW_OK != ret) {
        aw_kprintf("serial get timeout failed: %d 
",ret);
        aw_close(fd);
        return 0;
    }


    timeout.rd_timeout = 1000;          /* 读总超时为1s */
    timeout.rd_interval_timeout = 50;   /* 码间超时为50ms */
    ret = aw_serial_timeout_set(fd, &timeout);
    if (AW_OK != ret) {
        aw_kprintf("serial set dcb failed: %d 
",ret);
        aw_close(fd);
        return 0;
    }


    /* 收到什么数据就发送什么数据 */
    AW_FOREVER {
        /* 读取数据 */
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        len = aw_read(fd, buf, sizeof(buf));
        if (len > 0) {
            aw_write(fd, buf, len);
            aw_kprintf("%s
",buf);
        }
    }


    aw_close(fd);
    return 0;
}




AW_TASK_DECL(serial_tsk, 4096);
/******************************************************************************/
void demo_serial_int_entry (void)
{
    aw_task_id_t    tsk;


    tsk = AW_TASK_INIT( serial_tsk,
                       "Serial int demo",
                        12,
                        4096,
                        __task_handle,
                        (void *)NULL);
    if (tsk == NULL) {
        aw_kprintf("Serial int demo task create failed
");
        return;
    }


    if (aw_task_startup(tsk) != AW_OK) {
        AW_TASK_TERMINATE(serial_tsk);
    }
}

例程默认使用/dev/uart0对应开发板DUART丝印串口，其引脚位置如图1所示：

图1UART0排针

上述代码中创建了一个任务，在任务中实现UART收发功能。使用aw_serial_dcb_get接口获取串口当前的配置信息，修改波特率为115200，8个数据位，1位停止位，无奇偶校验。使用aw_serial_dcb_set接口设置串口。使用aw_serial_timeout_get获取串口时间相关配置信息，修改读总超时为1s，码间超时为50ms，使用aw_serial_timeout_set设置串口。

在AW_FOREVER 循环中使用aw_read接口读取接收到的串口数据，若读取到数据则使用aw_write接口把读取到数据通过该串口发送回去，以此来实现回显功能。

但由于/dev/uart0默认为shell所使用的串口，在shell组件中已开启回显，故此时实验现象如图2所示，会将接收到的数据输出两次，若需实现单次回显，可修改shell组件所引用串口，或修改例程使用的UART设备，具体操作参考下节内容。

图2串口打印结果

2. UART5收发功能

串口例程中默认使用的是/dev/uart0，为与例程现象描述一致，故将其修改为/dev/uart5。在开发板丝印URX1与UTX1对应设备/dev/uart5，URX2与UTX2对应设备为/dev/uart10，如图3、图4、图5所示。

图3排针处串口

图4排针原理图

图5UART1对应UART5

2.1 打开config 配置脚本，选择例程使用串口为/dev/uart5, 如图6所示，保存后重新build 工程。

图6UART1对应UART5

2.2 将USB 转串口接到开发板排针丝印UTX1与URX1 的位置，重新编译下载运行固件，会发现发送数据后不会再重复回复两条相同的数据如图7所示。

图7串口打印信息

至此，UART设备的收发功能介绍完毕，更多外设的使用介绍请关注后续推文。

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