串口通讯 | 立创开发板技术文档中心

串口基础知识

串口介绍

串口是指外设和处理器之间通过数据信号线、地线和控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。尽管传输速度比并行传输低。但串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验位，这些参数在两个通信端口之间必须一致。

串口通信参数介绍

波特率：衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的bit的个数。
数据位：衡量通信中实际数据位的参数，表示一个信息包里包含的数据位的个数。
停止位：用于表示单个信息包的最后位，典型值为1、1.5和2位。由于数据是在传输线上传输的，每个设备都有自己的时钟，很有可能在通信过程中出现不同步，停止位不仅仅表示传输的结束，还能提供校正时钟同步的机会。停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率也越慢。
奇偶检验位：表示一种简单的检查错误的方式。
硬件数据流控：通过使用专用的控制线（通常称为RTS和CTS来协调发送方和接收方之间的数据传输过程，以防止数据丢失或溢出。
关于更为详细的介绍请搜索百度。

串口工作模式

串口可以工作在异步全双工、同步半双工和单线半双工模式下。

异步全双工：
- 异步：指的是通信双方不需要共享一个共同的时钟信号。数据传输的起始和结束通过特定的帧格式、起始位、停止位或者特定的同步字符来标识，允许发送和接收端各自独立工作，不必严格同步它们的时钟。这使得异步通信更加灵活，但可能引入一些开销，如额外的同步信息。
- 全双工：表示数据可以同时在两个方向上传输。也就是说，通信双方都能同时发送和接收数据，如同有两个独立的通道，互不影响，提高了通信效率，适合于需要高速、双向实时通信的场景，如以太网通信。
同步半双工：
- 同步：在同步通信中，发送和接收设备之间需要一个共同的时钟信号，用以同步数据的传输节奏。这通常通过一个时钟引脚或在数据流中嵌入同步位来实现。同步通信可以提供更高的数据传输速率，因为它减少了用于数据包同步的开销。
- 半双工：半双工模式允许数据在两个方向上传输，但不能同时进行。通信双方需要轮流进行发送和接收。例如，经典的RS-485总线在半双工模式下，一次只能进行发送或接收操作，需要通过控制线切换方向。这种方式适用于对实时性要求不高、双向通信但不需要同时收发的场合。
单线半双工：
- 单线半双工：这种模式通常特指使用一根信号线既用于发送也用于接收数据，但不能同时进行，属于半双工通信的一种特殊形式。

串口通信协议

串口在进行通信的时候会按照数据包的形式进行发送，帧格式如下图。

串口通信是一位一位地传输，每传输一个字节总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位（低电平），后面由8位数据位组成，如果开启了校验位，则最后一位数据位是校验位，最后是停止位。停止位后面是不定长的空闲位，停止位和空闲位都规定为高电平。

SCI 简介

SCI（Serial Communications Interface），意为串行通信接口，是相对与并行通信的概念，是串行通信技术的一种总称，包括了 UART， SPI 等串行通信技术。 R7FA6E2 的 SCI 模块是一个有 2 个通道（SCI0与SCI9）异步和同步串行接口。

其中：异步接口（UART和异步通信接口适配器（ACIA））、8位时钟同步接口、简单IIC（仅限主）、简单SPI等

注：详细信息查看数据数据手册第764页。

SCI 结构框图

串口回环实验

UART（通用异步收发传输器）只需要两根信号线 —— 发送端（TX）和接收端（RX），就能实现设备间的双向数据传输。因为对硬件要求极低，很多功能模块都预留了 UART 接口，比如常见的 GSM 短信模块、WiFi 联网模块、蓝牙通信模块等。不过要注意哦，硬件连接时还需要一根 "共地线"，让两台设备的电压参考点一致，数据传输才更稳定～

接下来，我们来编写一个程序实现开发板与电脑通信，在开发板上电时通过 UART 发送一串字符串给电脑，然后开发板进入中断接收等待状态，如果电脑有发送数据过来，开发板就会产生中断，我们在中断服务函数接收数据，并马上把数据返回发送给电脑。

开发环境搭建

首先我们需要去 FSP Configuration -> PinS -> Peripherals -> Connectivity:SCI -> SCI0 ,接下来我们需要配置PIN Group Select 为模式A only，Operation Mode ，选择Asynchronous UART 。如下图所示：

在配置界面底部点击 “Stack”，加入串口 UART 模块，如下图所示：

接下来，我们需要去配置相关属性，如下图所示：

需要在窗口中配置回调函数（Callback）名称等其他的属性按照默认的配置即可。如下图所示：

注：Channel的通道取决于CSIx中的x的参数。

这里需要配置一下串口的缓存，BSP -> 属性 -> RA Common -> Heap size(bytes),这个推荐最低是0x1000（4KB），这个根据实际情况自己填写，如下图所示：

注：这个堆大小的设置是可以被8整除的才可以。

这里我们填写 4KB ，如下图所示：

填写完毕后开始生成代码，如下图所示：

代码编写

然后再 src 下创建一个 uart 的文件夹，在里面创建 bsp_uart.c 与 bsp_uart.h 两个文件,创建一个 Applay 的文件夹，在里面创建 app.c 与 app.h 两个文件。

#include "Apply\app.h"
#include "uart\bsp_uart.h"
void Run(void)
{
    UART0_Init();

    printf("欢迎使用立创·地奇星RA6E2开发板\r\n");
    printf("接下来开始串口循环实验，请输入回环内容：\r\n");

    while(1);
}

#ifndef __APP_H
#define __APP_H

#include "hal_data.h"
#include <stdio.h>

void Run(void);

#endif

#include "bsp_uart.h"

// 发送完成标志位
volatile bool Uart0_Send_Flag = false;
// 接收完成标志位
volatile bool Uart0_Receive_Flag = false;
// 写入的字节
uint32_t  bytes = 1;

//调试串口 UART0 初始化
void UART0_Init(void)
{
     fsp_err_t err = R_SCI_UART_Open (&g_uart0_ctrl, &g_uart0_cfg);

    if (FSP_SUCCESS != err) {
           printf("串口初始化失败! \n");
           return;
       }
}

/* 串口中断回调 */
void uart0_callback(uart_callback_args_t *p_args)
{
    switch (p_args->event)
    {
        case UART_EVENT_RX_CHAR: //收到数据
        {
            R_SCI_UART_Write(&g_uart0_ctrl, (uint8_t*) &(p_args->data), bytes);
            break;
        }
        case UART_EVENT_RX_COMPLETE:  //接收完整的事件
        {
            Uart0_Receive_Flag = true;
            break;
        }
        case UART_EVENT_TX_COMPLETE://发送完整的事件
        {
            Uart0_Send_Flag = true;
            break;
        }
        default:
        break;
    }
}


//串口重定义
// 函数前置声明（仅需声明一次）
int __io_putchar(int ch);
int _write(int fd, char *pBuffer, int size);
int _close(int fd);
int _lseek(int fd, off_t ptr, int dir);
int _read(int fd, char *pBuffer, int size);
int _fstat(int fd, struct stat *pStat);
int _isatty(int fd);

// 弱符号实现（仅需实现一次）
__attribute__((weak)) int _close(int fd) {
    (void)fd;  // 忽略未使用参数
    return -1;
}

__attribute__((weak)) int _lseek(int fd, off_t ptr, int dir) {
    (void)fd; (void)ptr; (void)dir;
    return -1;
}

__attribute__((weak)) int _read(int fd, char *pBuffer, int size) {
    (void)fd; (void)pBuffer; (void)size;
    return 0;
}

__attribute__((weak)) int _fstat(int fd, struct stat *pStat) {
    (void)fd; (void)pStat;
    return -1;
}

__attribute__((weak)) int _isatty(int fd) {
    (void)fd;
    return 1;
}

#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE {
    fsp_err_t err;
    err = R_SCI_UART_Write(&g_uart0_ctrl, (uint8_t *)&ch, 1);
    if (FSP_SUCCESS != err) __BKPT();
    while (Uart0_Send_Flag == false);
    Uart0_Send_Flag = false;
    return ch;
}

int _write(int fd, char *pBuffer, int size) {
    (void)fd;  // 忽略未使用参数
    R_SCI_UART_Write (&g_uart0_ctrl, (uint8_t*) pBuffer, (uint32_t) size);
    while (Uart0_Send_Flag == false);
    Uart0_Send_Flag = false;
    return size;
}

#ifndef __BSP_UART_H_
#define __BSP_UART_H_
#include "hal_data.h"
#include "stdio.h"

#include <unistd.h>
#include <errno.h>

#include <sys/stat.h>  // 添加这个头文件以获得struct stat定义

#include <stdint.h>


void UART0_Init(void);
void uart0_callback(uart_callback_args_t *p_args);

#endif

#include "hal_data.h"
#include "Apply\app.h"

FSP_CPP_HEADER
void R_BSP_WarmStart(bsp_warm_start_event_t event);
FSP_CPP_FOOTER

/*******************************************************************************************************************//**
 * main() is generated by the RA Configuration editor and is used to generate threads if an RTOS is used.  This function
 * is called by main() when no RTOS is used.
 **********************************************************************************************************************/
void hal_entry(void)
{
    /* TODO: add your own code here */

   Run();

#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
    /* Enter non-secure code */
    R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

实验现象

实物连接

烧写代码之后，打开串口调试助手，输入：不靠卖板赚钱，以培养中国工程师为已任。也会输出对应的数据，打印信息如下图所示。

注：如果串口助手出现的中文乱码，建议将编码格式修改成UTF-8格式。

入门教程资料

常见模块移植手册

显示类

传感器类

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