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UART串口的前世今生 [复制链接]

xyd2018 (离线)
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发表于 2018-9-15 11:44:14 |只看该作者 |倒序浏览
关键词: 嵌入式、uart
很久很久以前,计算机还没有出现,那时就已经存在了(计算机)史前的串口设备(电传打字机,工控测量设备,通信调制解调器),为了连接这些串口,EIA制定了RS232标准,采用DB25接插件,支持同步和异步串口,D型的接口可以有效防止插反。标准化给使用带来了便利。

时光荏苒,个人计算机出现了,这些已有的串口设备毫无疑问地成为了最初的外设,自然而然地RS232标准被个人计算机采纳。但是设备制造商倾向于体积更小,成本更低的接口,因此,将DB25中未使用的和支持同步模式的引脚去掉,形成DB9。

最初的情况相当混乱,因为DB9只定义了信号,却没有指定信号和引脚的对应关系,各个制造商只能自行定义。幸运的是,IBM的PC成了工业标准,DB9逐渐统一到IBM的定义上来。

DB9只有9根线,遵循RS232标准。定义如下:

DTR,DSR------DTE设备准备好/DCE设备准备好。主流控信号。

RTS,CTS------请求发送/清除发送。用于半双工时,收发切换。属于辅助流控信号。半双工的意思是说,发的时候不收,收的时候不发。那么怎么区分收发呢?缺省时是DCE向DTE发送数据,当DTE决定向DCE发数据时,先有效RTS,表示DTE希望向DCE发送,一般DCE不能马上转换收发状态,DTE就通过监测CTS是否有效来判断可否发送,这样避免了DTE在DCE未准备好时发送所导致的数据丢失。

全双工时,这两个信号一直有效即可。

后来,计算机普及了,很多非RS232的串口也要接入PC机,如果为每一种新出现的串口都增加一个新的I/O口显然不现实,因为PC后面板位置有限,因此,将RS232串口和非RS232串口都通过RS232口接入是最佳方案。UART的U(通用)指的就是这个意思。

早期ROM BIOS和DOS里的通信软件都是为RS232设计的,在没有检测到DCD有效前不会发送数据,因此,就连发送一个字符这样朴素的应用也要给出DCD、DTR、DSR等控制信号。因此,串口接头上要将一些控制线短接,或者干脆绕过系统软件自己写通信程序。

到此,UART的涵义就总结为:通用的 异步 (串行) I/O口。

就在UART冠以通用二字,准备一统江湖的时候,制造商们不满于它的速度、体积和灵活性(软件可配置),推出了USB和1394串口。目前,笔记本上的UART串口有被取消的趋势,因而有网友发出了“没有串口,吾谁与归”的慨叹,古今多少事,都付笑谈中,USB取代UART是后话,暂且不表。

话说自从贺氏(Hayes)公司推出了聪明猫(SmartModem),他们制定的MODEM接口就成了业界标准,自此以后,所有公司制造的兼容猫都符合贺氏标准(连AT指令也兼容,大家一起抄他呗)。

细观贺氏制定的MODEM串口,与RS232标准大不相同。DTR在整个通信过程中一直保持有效,DSR在MODEM上电后/可以拨号前有效(取决于软件对DSR的理解),在通信过程的任意时刻,只要DTR/DSR无效,通信过程立即终止。在某种意义上,这也可以算是流控,但肯定不是RS232所指的那种主流控。如果拘泥于RS232,你是不会理解DTR和DSR的用途的。

贺氏不但改了DTR和DSR,竟然连RTS和CTS的涵义也重新定义了。因此,RTS和CTS已经不具有最开始的意义了。从字面理解RTS和CTS,是用于半双工通信的,当DTE想从收模式改为发模式时,就有效RTS请求发送,DCE收到RTS请求后不能立即完成转换,需要一段时间,然后有效CTS通知DTE:DCE已经转到发模式,DTE可以开始发送了。在全双工时,RTS和CTS都缺省置为有效即可。然而,在贺氏的MODEM串口定义中,RTS和CTS用于硬件流控,和什么劳什子的全双工/半双工一点关系也没有。

注意,硬件流控是靠软件实现的,之所以强调“硬件”二字,仅仅是因为硬件流控提供了用于流量情况指示的硬件连线,并不是说,你只要把线连上,硬件就能自己流控。如果软件不支持,光连上RTS和CTS是没有用的。

RTS和CTS硬件流控的软件算法如下:(RTS有效表示PC机可以收,CTS有效表示MODEM可以收,这两个信号互相独立,分别指示一个方向的流量情况。)

PC端处理:

发. 当 发现(不一定及时发现) CTS (-3v to -15v)无效时,停止发送,
当 发现(不一定及时发现) CTS (3v to 15v)有效时,恢复发送;
收. 0<M<N<LEN_OF_RX_BUFFERS< p>
当接收buffers中的bytes< to 有效信号(+3v RTS 时,给>
当接收buffers中的bytes>N 时,给 RTS 无效信号(-3v to -15v);

MODEM端处理:
同上,但RTS与CTS交换。
MODEM引脚名称容易让人迷惑的原因是因为学习的是RS232标准,却使用贺氏标准的猫,两个标准风马牛不相及。
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四川阿杜 (离线)
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沙发
发表于 2018-9-30 13:40:21 |只看该作者
chuhehanjie (离线)
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板凳
发表于 2018-10-9 15:05:35 |只看该作者
在介绍下以后的走向
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