chapter10.txt

关于 nios的uart 使用 说明 好资料 大家看了 就知道

本文是nios2文档的第十章的翻译稿,希望能对各位同仁有所帮助。
转载时请标明出处。
译者：姜黎
南京气象大学2000级
QQ:44425312




UART的寄存器：
   UART 通过Avalon总线和一组寄存器文件打交道。UART有6个16位的寄存器。
它们是control,status,rxdata,txdata,divisor,endofpacket。

UART的中断：
   当串口收到一个数据或者为发送一个字节准备好时，它就会产生一个高有效
的中断信号。

UART的DMA操作：
   UART支持流模式传输，因此它可以用来和存储器进行DMA操作。

UART的接口：
   由于大多数FPGA芯片不支持RS-232的数据接口，因此它需要在片外加一个电平
转换芯片来完成电平转换。逻辑'0'代表数据为1，逻辑'1'代表数据为0。

发送逻辑单元：
   UART内部的发送逻辑由发送保持寄存器(holding register)和发送移位寄存器(shifting register)
组成。当主设备向发送寄存器(txdata)写数据时，如果移位寄存器发送完上一个数据后，
就会把该数据载入。数据就会从最低位开始通过TXD引脚从位移寄存器一位一位移出。
   由于有了保持寄存器和位移寄存器的双缓冲，串口在把数据移出的同时又可以向保持寄存器
写入新的数据。主端口还可以实时监控发送status寄存器，可以读取发送准备好位(trdy),
发送位移寄存器空位(tmt)，发送溢出位(toe)。

接收逻辑单元：
   UART内部的接收逻辑由接收保持寄存器(holding register)和接收移位寄存器(shifting register)
组成。当移位寄存器接收完一个完整的数据后，主设备就可以读取接收保持寄存器(txdata)的数据。
   由于有了保持寄存器和位移寄存器的双缓冲，串口在把数据移到保持寄存器的同时，又可以向接收
位移寄存器移入新的数据了。主端口还可以实时监控接收status寄存器，可以读取接收准备好位(rrdy),
接收溢出位(roe),停止侦测位(brk)，奇偶校验位(pe),帧错误位(fe)。

波特率的产生：
   波特率可以通过以下两种方式产生：
   1。在系统生成时设定固定的值。
   2。设置16位的分配寄存器(divisor register)。
   当波特率在系统生成时被设成固定值时，系统生成后是不能被改变的。相反，把波特率设成可变的话，
在系统生成后，可以通过软件设定分配寄存器的值来改变波特率。
   
   下面是波特率和分配因子的计算方法：
	divisor = int( (clock frequency)/(baud rate) + 0.5 )
	baud rate = (clock frequency)/(divisor + 1)

数据位数的设定：
   数据的数据位、停止位、奇偶校验位在系统生成时是可以配置的。一旦系统生成后，这些参数是不能被
改变的。

数据流(DMA)的控制方式：
   UART可以支持流模式的Avalon传送方式。这样可以使得uart准备好接受下一个字符时主端口才会向它发送
数据，或者uart接收到数据时主端口才去读它接收的数据。此时可以设置SOPC Builder来选择给uart构造
end of packet寄存器。
   在加入end of packet 寄存器后，uar就会在基地址+5的位置多了一个寄存器；在status寄存器中多一位
eop位；在control寄存器中多一位ieop位；在Avalon总线上多一个endofpacket信号用来和支持流模式数据
传输的主端口进行接口。如果没有设定该寄存器，则不会加入上述资源。
   End-of-packet(EOP)侦测可以决定UART和支持流模式传输的Avalon主端口在什么时候中止流模式数据传输。
EOP侦测可以和DMA控制器中一起使用，例如,可以实现将UART中接收到的数据自动写入存储器，直到接收到一个
特定的字符。这个中止字符的就是被写入到endofpacket寄存器的值。


软件编程模式：
   
HAL 系统库支持
   Altera公司为Nios II系统提供了设备驱动，该驱动将HAL层的字符型设备驱动集成到了HAL系统库中。
HAL用户可以通过熟悉的HAL API和ANSI C标准库，而不是访问UART的寄存器组。用户可以使用ioctl()请求
来控制和uart硬件相关的操作。
(注：如果在程序中使用HAL设备驱动来访问UART的话，此时直接对设备的寄存器进行访问会干扰设备驱动
的正常运行。)
   对于Nios II CPU用户来说，HAL系统库的API提供了完整的对UART的访问函数。Nios II的程序把uart当
成一个字符型的设备，发送和接收数据都使用ANSI C标准库函数。
 
   下面的代码示范了一个最简单的应用，用printf()打印一段消息到stdout。在这个例子中HAL系统库已经
配置了一个串口作为stdout。
----------------------------------------------------------------------------------------------
	#include <stdio.h>
	int main ()
	{
	   printf("Hello world.\n");
	   return 0;
	}
----------------------------------------------------------------------------------------------

    下面的代码示范了如何通过C标准库从uart读字符和向uart发送消息。在这个例子中程序把该设备当成
和HAL文件系统中任何其他的节点一样来处理。
----------------------------------------------------------------------------------------------
/* A simple program that recognizes the characters 't' and 'v' */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main ()
{
	char* msg = "Detected the character 't'.\n";
	FILE* fp;
	char prompt = 0;
	fp = fopen ("/dev/uart1", "r+"); //Open file for reading and writing
	if (fp)
	{
	    while (prompt != 'v')
	    { // Loop until we receive a 'v'.
	         prompt = getc(fp); // Get a character from the UART.
	         if (prompt == 't')
	         { // Print a message if character is 't'.
		      fwrite (msg, strlen (msg), 1, fp);
		 }
	    }
	    fprintf(fp, "Closing the UART file.\n");
	    fclose (fp);
	}
	return 0;
}
---------------------------------------------------------------------------------------------

驱动实现的两种选择：Fast vs. Small
    根据不同系统的需要，uart驱动提供了两种形式：快速模式和小模式。快速模式是默认模式。这两种
模式都支持C标准库函数和HAL API。
    快速模式是一种中断实现方式，这种方式可以使得CPU在UART未准备好收发数据时做其他的事情。
    小模式是一种查询方式，这种方式必须一直在等待uart准备好以后才能收发数据。使能小模式可以
通过两种方式：1。设置HAL系统库工程属性，开启small footprintf(这种方法也会影响其他设备驱动)；
2。定义预处理宏 -DALTERA_AVALON_UART_SMALL ，使用这个选项不会影响到其他设备的驱动。

ioctl()操作：
    uart驱动支持ioctl()函数，该函数允许程序基于HAL层的设备相关操作请求。
------------------------------------------------------------------------------------------
	请求				含义
      TIOCEXCL       锁定设备避免被再次访问。对该设备用open()函数再次访问会失败，直到这个
                     设备的文件描述符被关闭，或者用TIOCNXCL ioctl请求解锁。在使用该请求时
                     "arg"参数可忽略。
      TIOCNXCL       对前一次的访问解锁。在使用该请求时"arg"参数可忽略。

以下请求只对快速模式有效：
      TIOCMGET       向termios结构填入内容，返回当前的设备配置情况。指向这个结构的指针
                     是作为ioctl的"opt"参数。
      TIOCMSET       根据输入termios结构的值来配置设备。指向这个结构的指针是作为ioctl的
                     "arg"参数。
-----------------------------------------------------------------------------------------
termios结构在Newlib C标准库里被定义。在<Nios II kit path>/components/altera_hal/HAL
/inc/sys/termios.h文件中有它的定义。

软件开发文件： 
    UART的核还配有以下软件开发文件。这些文件定义了底层硬件的接口，并且提供了HAL驱动。
应用程序开发者不要去修改这些文件。

altera_avalon_uart_regs.h
    该文件定义了寄存器映射，提供了符号名称来访问底层硬件。这些符号名称只是被设备驱动函数所
使用。
altera_avalon_uart.h,altera_avalon_uart.c
    该文件实现了uart HAL系统库的设备驱动。

    另外，UART还支持第一代Nios处理器遗留的SDK子程序。

UART的中断行为：
    UART会输出一个IRQ信号到Avalon总线接口，它可以和任何主设备接口，例如，Nios II处理器。
主外设必须读status寄存器来决定是哪种类型中断。
    每一种中断会在status和interrupt-enable寄存器中有相应的位。当任意一种中断条件满足时，
相应的寄存器位就会被置位，直到完全响应中断才会被清除。中断信号输出信号在任何status寄存器
的某一位被置位且那一位是被中断使能的。而主外设通过清除status寄存器来相应这个IRQ。
    在系统复位时，所有的中断使能寄存器的位都被置为0，因此只有当主外设对中断使能寄存器的
一位或多位置1时，才能产生IRQ信号。