前言

嵌入式应用通常要求一个简单的并且占用系统资源少的方法来传输数据。通用异步收发传输器 (UART) 即可以满足这些要求，它能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换。ESP32 芯片中有3个UART控制器可供使用，并且兼容不同的UART设备。另外，UART还可以用作红外数据交换 (IrDA) 或 RS-485 调制解调器。

主要特性
  • 支持3路UART，发送与接收FIFO共享RAM
  • 支持5/6/7/8位数据长度
  • 支持RS485、IrDA协议
  • 支持DMA高速通信
  • 支持UART唤醒模式
UART架构

esp32ota升级问题 esp32uart_esp32 uart控制器

  • 架构图中主要分为发送模块与接收模块，发送接收FIFO缓存数据，FIFOCtrl用于控制FIFO的读写，为了提高数据的传输效率，可以使用DMA方式进行数据发送和接收
    注意：UART处于睡眠Light-Sleep状态时，会通过Wakeup_Ctrl计算rxd_in的脉冲个数，当Rxd边沿变化次数大于阈值时，传输给RTC模块来唤醒UART控制器；目前仅UART0和UART1具备Light-Sleep功能，且rxd_in不能通过GPIO交换矩阵，只能通过IO_MUX输入
功能描述
UART共享RAM图
  • 3路UART控制器FIFO共享1K的RAM空间，可以通过配置UART_RX_SIZE对指定UART的FIFO进行扩展【最大1024Byte】，提高整体的利用率；当UART控制器不使用时，可以通过配置UART_MEM_PD来使RAM进入低功耗状态

esp32ota升级问题 esp32uart_串口_02

波特率自检测
  • 通过置位UART_AUTOBAUD_EN使能波特率自动检测，接收端连续检测多个数据包，获取最小的高低H/L电平脉冲宽度，来确认发送方的波特率

注意：UART2 没有 Tx_FIFO 以及 Rx_FIFO 的复位寄存器。UART1 的 UART1_TXFIFO_RST 和 UART1_RXFIFO_RST 会影响 UART2 的工作。因此，只有在 UART2 的 Tx_FIFO 和 Rx_FIFO 中没有数据时，才可以置位这两个寄存器。

数据帧
  • 数据一桢从起始位START开始，并以停止位STOP结束；STOP位可以通过UART_STOP_BIT_NUM、UART_DL1_EN 和 UART_DL0_EN来配置1/1.5/2/3位宽；数据位通过UART_BIT_NUM可配置5-8位；UART_PARITY 选择奇校验或偶校验；
  • TX_FIFO中数据发送完成后会产生UART_TX_DONE_INT中断；置位UART_TXD_BRK寄存器可设置发送完成后可继续发送NULL数据帧；数据帧可通过UART_TX_IDEL_NUM配置最小间隔
流控

UART 控制器有两种数据流控方式：硬件流控和软件流控。硬件流控主要通过输出信号 rtsn_out 以及输入信号dsrn_in 进行数据流控制。软件流控主要通过在发送数据流中插入特殊字符以及在接收数据流中检测特殊字符来实现数据流控功能。

UART DMA(UDMA)控制器
  • ESP32的3个UART接口共用2个UDMA控制器，通过UHCI×_UART_CE寄存器选择配置。

esp32ota升级问题 esp32uart_寄存器_03

寄存器列表

配置寄存器

描述

UART_CONF0_REG

配置寄存器0，选择配置时钟源

UART_CONFIG1_REG

配置寄存器1，设置接收超时与流控功能

UART_CLKDIV_REG

时钟分频配置寄存器

UART_FLOW_CONF_REG

软件流控配置寄存器

UART_SWFC_CONF_REG

软件流控字符配置

UART_SLEEP_CONF_REG

休眠模式配置，设置RXD延边次数阈值

UART_IDEL_CONF_REG

帧空闲配置寄存器，设置帧间隔与空帧数量

UART_RS485_CONF_REG

RS485模式配置寄存器

状态寄存器

描述

UART_STATUS_REG

串口状态寄存器，读取TXRX电平状态与FIFO有效数

波特率自检寄存器

描述

UART_AUTOBAUD_REG

自检波特率寄存器，配置自检使能与滤波门限

UART_LOWPULSE_REG

自检波特率最小低脉冲寄存器，读取最小低电平脉冲宽度

UART_HIGHPULSE_MIN_CNT

自检波特率最小高脉冲寄存器，读取最小高电平脉冲宽度

UART_POSPULSE_REG

自检波特率高脉冲寄存器，检测上升沿次数

UART_NEGPULSE_REG

自检波特率低脉冲寄存器，检测下升沿次数

UART_RXD_CNT_REG

接收边沿计数寄存器，存储边沿变化次数

FIFO配置寄存器

描述

UART_FIFO_REG

FIFO数据寄存器，读取RX接收数据

UART_MEM_CONF_REG

FIFO阈值设置与RAM空间分配

UART_MEM_CNT_STATUS_REG

收发FIFI有效个数状态寄存器

中断寄存器

描述

UART_INT_RAW_REG

原始中断状态寄存器，获取相关的状态位

UART_INT_ST_REG

隐藏中断状态寄存器

UART_INT_ENA_REG

中断使能寄存器，配置相关中断使能位

UART_INT_CLR_REG

清中断标志寄存器，置位清空相关中断

代码实例
API与数据结构

设置通信参数：接口esp_err_t uart_param_config(uart_port_t uart_num, const uart_config_t *uart_config)

  • 接口uart_param_config通过数据结构uart_config_t来配置串口参数，返回ESP_OK表明配置成功
const int uart_num = UART0;
uart_config_t uart_config = {
    .baud_rate = 115200,//波特率
    .data_bits = UART_DATA_8_BITS,//数据位
    .parity = UART_PARITY_DISABLE,//奇偶校验
    .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,//停止位
    .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_CTS_RTS//使能流控
    .rx_flow_ctrl_thresh = 122,//接收流控阈值
   };// Configure UART parametersESP_ERROR_CHECK(uart_param_config(uart_num, &uart_config));

参数也可以单独调用接口配置

接口

描述

uart_set_baudrate

配置波特率

uart_set_word_length

设置数据位

uart_set_parity

设置校验模式

uart_set_stop_bits

设置停止位

uart_set_sw_flow_ctrl

设置流控

uart_set_mode

设置模式

设置通信引脚：接口esp_err_t uart_set_pin(uart_port_t uart_num, int tx_io_num, int rx_io_num, int rts_io_num, int cts_io_num)

  • 关联收发以及流控引脚，不使用或想保持当前配置的可以调用宏UART_PIN_NO_CHANGE 
// 设置串口引脚(TX: IO16  RX: IO17 RTS: IO18(UART2 default), , CTS: IO19(UART2 default), )
ESP_ERROR_CHECK(uart_set_pin(UART_NUM_2, 16, 17, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE));

驱动安装：接口esp_err_t uart_driver_install(uart_port_t uart_num, int rx_buffer_size, int tx_buffer_size, int queue_size, QueueHandle_t *uart_queue, int intr_alloc_flags) 安装串口驱动，分配缓存的大小与事件队列的深度；传入参数参数分别为

  • uart_num：串口号【0 - 2】
  • rx_buffer_size：硬件接收缓存大小，串口接收数据会自动缓存到BUFF中
  • tx_buffer_size：发送缓存大小，设为0时，发送的数据会进入堵塞状态等待发送完成
  • queue_size：串口事件的队列大小
  • uart_queue：串口事件的队列句柄，用于串口事件触发时数据同步
  • intr_alloc_flags：中断分配的标识，默认填0

驱动删除：接口esp_err_t uart_driver_delete(uart_port_t uart_num)

  • 释放原先分配的资源

通信发送：接口int uart_write_bytes(uart_port_t uart_num, const void *src, size_t size)

  • 指定UART口发送给定长度的数据，如果配置的tx_buffer_size大于0，会将数据拷贝到FIFI缓冲器中并立即返回

数据接收：接口int uart_read_bytes(uart_port_t uart_num, void *buf, uint32_t length, TickType_t ticks_to_wait)

  • 指定ticks_to_wait超时时间内，读取最大长度为length的数据

中断使用：串口状态或检测到错误时，可使能指定中断触发

  • 事件检测：数据结构uart_event_type_t定义了相关的事件，可通过uart_driver_install接口分配队列，利用FreeRtos进行数据传递，可参考peripherals/uart/uart_events代码
  • FIFO溢出或收发超时：接收发送buff溢出或发送接收数据超时可触发中断，可通过接口uart_intr_config配置，查看数据结构uart_intr_config_t选择事件绑定
  • 字符检测：通过接口uart_enable_pattern_det_intr进行使能，主要应用AT命令应用中，单硬件检测到连续相同的字符时，触发中断，可参考peripherals/uart/uart_events代码
例程代码

例程可参考idf目录下的test_uart.c，路径esp-idf\components\driver\test

#define UART_NUM1        	(UART_NUM_1)//端口
#define BUF_SIZE               (256)//缓存,大于128byte
#define UART1_RX_PIN      	(17)//关联引脚
#define UART1_TX_PIN      	(16)
#define UART1_RTS_PIN  		(UART_PIN_NO_CHANGE)
#define UART1_CTS_PIN  		(UART_PIN_NO_CHANGE)
static void test_task(void *pvParameters)
{
	uint8_t recvbuf[BUF_SIZE];
	int len;
	
    uart_config_t uart_config =
    {
        .baud_rate = 115200,//波特率
        .data_bits = UART_DATA_8_BITS,//8位数据
        .parity    = UART_PARITY_DISABLE,//不校验
        .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,//1位停止位
        .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,//禁用流控
        .source_clk = UART_SCLK_APB,//apb时钟源
    };
    uart_driver_install(UART_NUM1, BUF_SIZE, 0, 0, NULL, 0);//驱动安装
    uart_param_config(UART_NUM1, &uart_config);//配置参数
    uart_set_pin(UART_NUM1, UART1_TX_PIN, UART1_RX_PIN, UART1_RTS_PIN, UART1_CTS_PIN);//配置引脚
	
	while(1)
	{
		len = uart_read_bytes(UART_NUM1, recvbuf, BUF_SIZE, 100 / portTICK_RATE_MS);//读取数据
		if(len)
		{
			uart_write_bytes(UART_NUM1, (const char *) recvbuf, len);//返回接收数据
		}
	}
}

esp32ota升级问题 esp32uart_寄存器_04

UART0使用

当引脚不够时，考虑使用UART0时，只需要在app_mian里面重新配置下UART0即可

参考API