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USART簡介
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串列傳輸為CPU與周邊裝置或CPU與CPU間的資料傳輸方法之一，而USART(universal synchronous asynchronous receiver transmitter) 通用同步/非同步收發傳輸器，則常被用於一般的串列傳輸應用中。
串列傳輸為CPU與周邊裝置或CPU與CPU間的資料傳輸方法之一，而USART(universal synchronous asynchronous receiver transmitter)，通用同步/非同步收發傳輸器，則常被用於一般的串列傳輸應用中。可依照NZR工業非同步資料傳輸格式，與其他設備進行資料交換。並且此種裝置使用fractional baud rate產生器，提供大範圍的baud rate供使用者選擇。
此外，亦支援單線同步傳輸、半雙工單線傳輸、LIN(local connection network)、Smartcard protocol、IrDA(Infrared data association)及SIR ENDEC標準。
高速資料傳輸，則使用DMA去設定多重緩衝區來達到此目的。
USART主要特性
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- 全雙工的非同步通訊
- NRZ標準資料格式
NRZ(Nonreturn to Zero):不歸零編碼
這是一種傳送資訊的編碼方式，它以正脈波代表1，負脈波代表0，當訊號連續為'1'時，則保持正脈波，直到出現'0'為止
它的特色是編碼解碼較為簡單，但缺乏同步傳輸的能力，且無法提供較佳的訊號校正能力。
.. image:: /NRZcode.png
圖片來源：`wikipedia<http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%8D%E6%AD%B8%E9%9B%B6>`_
- 可程式化的資料長度 (8 or 8+1 bits)
- 可程式化的停止位元 (1 or 2 bits)
- 提供同步傳輸的CLK信號
- 藉由DMA的資料傳輸，每個USART都能用DMA發送和接收資料
- 獨立的發送器和接收器的Enable Bit(TE、RE)
- 傳輸檢測標誌
– 接收緩衝區滿(Receive buffer full, RXNE. Data buffer not empty)
– 傳送緩衝區空(Transmit buffer empty, TXE. Data buffer empty)
– 傳輸結束(End of transmission flags, TC. Transmission complete)
- 檢測控制
– 發送檢測位(Transmits parity bit)
– 對接收的資料進行檢測(Checks parity of received data byte)
- 4個錯誤檢測標誌
– 溢出錯誤(Overrun error)
– 噪音檢測(Noise detection)
– Frame錯誤(Frame error)
– 奇偶檢測錯誤(Parity error)
- 支援10種中斷
– CTS改變(CTS changes, CTSIE)
– LIN中斷檢測(LIN break detection, LBDIE. LIN break detection interrupt enable)
– 傳送緩衝區空(Transmit data register empty, TXEIE. Data buffer empty interrupt enable)
– 傳送完成(Transmission complete, TCIE. Transmission complete interrupt enable)
– 接收緩衝區滿(Receive data register full, RXNEIE. Data buffer not empty interrupt enable)
– 空閒線路檢測(Idle line received, IDLEIE. Idle interrupt enable)
– 溢出錯誤(Overrun error)
在一般情況下，本身不產生中斷，在DMA情況下，則由EIE產生中斷，經檢驗USART_CR1的FE位可得知溢出錯誤
– Frame錯誤(Framing error)
在一般情況下，本身不產生中斷，而由RXNE產生中斷，經檢驗USART_CR1的FE位可得知Frame錯誤
在DMA情況下下，則由EIE產生中斷，經檢驗USART_CR1的FE位得知錯誤
– 噪音錯誤(Noise error)
在一般情況下，本身不產生中斷，而由RXNE產生中斷，經檢驗USART_CR1的NF位得知錯誤
在DMA情況下下，則由EIE產生中斷，經檢驗USART_CR1的NF位得知錯誤
– 檢驗錯誤(Parity error, PEIE)
- 2種喚醒接收器的方式
- Idle line
在接收端處於靜默(mute mode)時，可透過發送空閒符號(即所有位均為'1'的資料)，喚醒接收端。
- Address bit
MSB為'1'的資料被認為是地址，否則為一般資料。
在這資料中，接收端會將最後4bits與USART_CR2暫存器中的ADD位比較，若相同則清除RWU位，後面的資料將能正常接收。
USART功能介紹
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USART Block Diagram
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.. image:: /usart_block_diagram.png
Ref: `RM0090 Reference Manual P.949<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
- 任何USART雙向通信至少需要兩個腳位：接收資料輸入(RX)和發送資料輸出(TX)
- RX: 接收資料輸入，並藉由採樣的技術判斷資料及噪音
- TX: 發送資料，當發送器被啟動時，如果沒有傳送數據，則TX保持高電位。在Single-wire half-duplex或Smartcard mode時，此I/O同時被用於資料的傳送和接收
- 根據USART_CR1暫存器中的M位選擇8或9位元決定資料長度(見圖)
- 使用fractional baud rate generator —— 12位整數和4位小數的表示方法，放在baud rate暫存器(USART_BRR)中
- 一個狀態暫存器(USART_SR)
- 資料暫存器(USART_DR)
另外在同步模式中，還需要其他腳位
- SCLK: 發送器的時鐘輸出，用於同步傳輸的時鐘
在Hardware flow control中:
- nCTS: 清除發送，若在高電位，則當目前資料傳送結束後，中斷下一次的資料傳送
- nRTS: 發送請求，若在低電位，則表示USART已經準備好接收資料
USART 特性描述
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資料長度根據USART_CR1暫存器中的M位選擇8或9位元
.. image:: /usart_M_byte.jpg
在起始位(start bit)期間，TX處於低電位，如圖中的(a)，在停止位期間，TX處於高電位，如圖中的(b)。
.. image:: /usart_M_idle.jpg
另外空閒符號則全由'1'組成，包含資料的停止位元位數也是'1'，如圖中的(c)，後面接著下一個資料的開始位；
.. image:: /usart_M_break.jpg
中斷符號則全由'0'所組成，包含資料的停止位也是'0'，如圖中的(d)，
在中斷時，發送器會再插入1或2個停止位('1')以區分下一筆資料的起始位，如圖中的(e)
Ref: `RM0090 Reference Manual P.950<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
傳送器
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傳送器依據USART_CR1的M位狀態來決定發送8或9位元的資料。
當transmit enable bit(TE)被設定時，資料放入transmit shift register後，經由TX腳位送出，
同時，相對應的時鐘脈衝會由SCLK腳位輸出。
資料的傳送
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在USART發送期間，TX首先傳送資料的最低有效位元(least significant bit)，因此在此模式中，USART_DR和transmit shift register之間包含一個緩衝器(TDR)。每個資料再傳送前都會有一個低電位的起始位；之後跟著的停止位元數目，則可由使用者決定0.5, 1, 1.5或2
- 1 bit的stop bit: 預設的默認停止位位元數
- 2 bits的stop bit: normal USART, single-wire 和 modem modes
- 0.5 bits的stop bit: Smartcard mode接收數據用
- 1.5 bits的stop bit: Smartcard mode發送數據用
**stop bits其實不算是個bit，他是傳輸結束後的一段時間(period)，用以區隔每個傳輸的資料，其功用是在非同步傳輸的時候可以告訴接收器，資料傳輸已經結束。透過增加stop bits的長度，可讓接收器能有足夠的時間可以處理該資料**
**另外，由於資料搬移到transmit shift register中最少需要1/2 baud clock，因此在Smartcard mode的接收中，最少必須設定0.5 bit的stop bits**
.. image:: /usart_fig298.jpg
Ref: `RM0090 Reference Manual P.952<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
傳送器的設定
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.. image:: /usart_transmiter.png
1. 設定USART_CR1暫存器的UE位來啟動傳輸，如圖中的(a)
2. 設定USART_CR1暫存器的M位決定資料長度，如圖中的(b)
3. 設定USART_CR2暫存器中的STOP位來決定停止位元的長度，如圖中的(c)
4. 採用多緩衝器的話，則須設定USART_CR3的DMAT啟動DMA，並設置DMA的暫存器，如圖中的(d)
5. 利用USART_BRR暫存器設定baud rate，如圖中的(e)
6. 設置USART_CR1的TE位，在第一筆資料傳送前，傳送一個空閒的frame，如圖中的(f)
7. 將欲發送的資料放入USART_DR中，如圖中的(g)
8. 若有多筆資料要傳送，則重複步驟7.，如圖中的(l)
當資料放入USART_DR會由硬體清除TXE位，如圖中的(h)，則表示:
1. 資料已從TDR中進入transmit shift register，資料的發送已開始
2. TDR暫存器已被清空
3. 下一筆資料可放入USART_DR中
若TXEIE位的設置，則會產生一個中斷，如圖中的(i):
- 如果USART正在發送資料，對USART_DR的寫入會把資料移到TDR暫存器中，並在目前的資料傳送結束後把該筆資料移進transmit shift register中
- 如果USART沒有在發送資料，則對USART_DR的寫入會把資料直接放入transmit shift register中，並啟動傳送，當傳送開始時，硬體會立即設定TXE位
一個frame的資料發送完畢後，TC位會被設定，如圖中的(j)，如果USART_CR1中的TCIE有被設定，則會產生一個中斷，如圖中的(k)，先讀取USART_SR暫存器，再寫入USART_DR暫存器，則可清除TC位
傳送斷開符號
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透過設定USART_CR1的SBK位，可以發送一個斷開符號，斷開符號的長度取決於M位。
如果SBK=1，則在目前的資料發送後，會再TX線上發送一個斷開符號，當傳送完成後，會由硬體恢復SBK位。
USART會由硬體在最後一個斷開符號的結束處插入一個'1'，確保能辨識下一個資料的起始位。
傳送空閒符號
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設置USART_CR1的TE位會使得USART在發送第一筆資料前，發送一個空閒符號，喚醒接收端。
接收器
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接收器依據USART_CR1 M位的狀態來決定接收8或9位元的資料。
起始位偵測
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.. image:: /usart_fig300.jpg
Ref: `RM0090 Reference Manual P.954<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
在USART中，如果辨認出一個特殊的採樣序列( 1 1 1 0 X 0 X 0 X 0 0 0 0 )，則認定偵測到一個起始位。
**如果該序列不完整，則接收端退回起始位偵測並回到空閒狀態，等待下一次的電壓下降。**
如果三個採樣點上有僅有兩個是0(第3、5、7採樣點或8、9、10採樣點)，則依然判定為偵測到一個起始位，但NE(噪音標誌)會被設定
**採樣的時間間隔**
.. image:: /usart_sampling.png
Ref: `UART receiver clock speed<http://electronics.stackexchange.com/questions/42236/uart-receiver-clock-speed>`_
假設baud rate = 9600 bps，則一個bit的傳輸時間為104us，usart會在接收器啟動後的52us，開始採樣
若偵測到開始位元，則開始接收資料，反之則等待104us，再採樣一次
資料的接收
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在USART接收期間，RX從資料最低有效位元(least significant bit)開始接收，因此在此模式中，USART_DR和received shift register之間包含一個緩衝器(RDR)。
接收器的設定
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.. image:: /usart_recevier.png
1. 設定USART_CR1暫存器的UE位來啟動USART接收，如圖中的(a)
2. 設定USART_CR1暫存器的M位決定資料長度，如圖中的(b)
3. 設定USART_CR2暫存器中的STOP位來決定停止位元的長度，如圖中的(c)
4. 採用多緩衝器接收資料，則須設定USART_CR3的DMAR啟動DMA，並設置DMA的暫存器，如圖中的(d)
5. 利用USART_BRR暫存器設定baud rate，如圖中的(e)
6. 設定USART_CR1暫存器中的RE位，啟動接收器，並開始偵測起始位，如圖中的(f)
當資料被接收到後:
1. 硬體會設定RXNE位，表示received shift register中的資料已移入RDR中，亦即資料已被接收並可被讀出，如圖中的(g)
2. 若USART_CR1中的RXNEIE被設定時，會產生一個中斷，如圖中的(h)
3. 資料接收期間如檢測到frame錯誤或是噪音、溢出錯誤等問題，相關的標誌將被設定(FE、NF、ORE)
4. 藉由讀取USART_DR可清除RXNE位，RXNE位必須要在下一資料接收前被清除，以免產生溢出錯誤
5. 在DMA接收時，RXNE在每個字元接收後被設置，並因DMA讀取RDR而被清除
接收斷開符號
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USART在接收斷開符號後，可像處理frame錯誤一樣處理
接收空閒符號
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當空閒符號被偵測到時，USART處理步驟如同一般資料一樣處理，但如果USART_CR1的IDLEIE被設置時，將會產生一個中斷
溢出錯誤
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若RXNE沒有被覆位，此時又接收到一個新資料，則會發生溢出錯誤，如圖中的(i)
當溢出錯誤產生時:
1. USART_SR中的ORE位將被設置，如圖中的(j)
2. RDR中的內容將不會被清除，因此讀取USART_DR仍可以得到之前的資料
3. 若USART持續在接收中，則Received shift register中的資料將被覆蓋
4. 如果RXNEIE被設置，或是EIE(Error interrupt enable)和DMAR位被設定，則會產生一個中斷，如圖中的(k)
5. 依序讀取USART_SR和USART_DT暫存器，可清除ORE位
**當ORE位被設置時，表示至少有一個資料已遺失，有以下兩種可能性: **
1. 如果RXNE=1，表示之前的資料還在RDR中，且可被讀出
2. 如果RXNE=0，表示之前的資料已被讀走，RDR已無資料可被讀取，此種情況發生在讀取RDR中上一筆資料時，又接收到新的資料時發生。
噪音錯誤
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透過不同的採樣技術，可以區分有效的輸入資料和噪音，並進行資料恢復。
透過設定USART_CR1中的OVER8位可選16或8次的採樣，見Fig. 250和Fig. 251:
- OVER8 = 1: 採用8次採樣，採樣的頻率較快(最高頻率為fPCLK/8)
- OVER8 = 0: 採用16次採樣，採樣的頻率最高為fPCLK/16
設定USART_CR3中的ONEBIT位可選則不同的採樣技術:
- ONEBIT = 0: 採樣資料中心的 3 bits，若此3 bits不相等，則NF位會被設定
- ONEBIT = 1: 只採樣中心的單一bit，此時NF的檢測將會被取消
當在資料接收中檢測到噪音時:
- NE會在RXNE位的升緣時被設定
- 無效的資料會從received shift register移入USART_DR暫存器中
- 在單一資料的接收下，不會有中斷產生，但透過NE和RXNE位的設置，由後者來產生中斷；
在多緩衝器的接收中，如果USART_CR3暫存器中的EIE位被設定，則會產生一個中斷
.. image:: /oversampling16.png
.. image:: /oversampling8.png
.. image:: /noisedetection.png
.. image:: /noisedetectionsampledata.png
Ref: `RM0090 Reference Manual P.957~958<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
Frame錯誤
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由於沒有同步上或線路上大量的噪音，使得停止位沒有在預期的時間上接收和識別出來，則發生Frame錯誤
當Frame錯誤被檢測出時:
1. FE位被設定，如圖中的(l)
2. 無效的資料從received shift register移入USART_DR暫存器中
3. 在一般資料的接收下，不會有中斷產生，可藉由RXNEIE位的設置，在中斷中檢測FE位得知發生錯誤；
在DMA的接收中，如果USART_CR3暫存器中的EIE位被設定，則會產生一個中斷，如圖中的(k)
依序讀取USART_SR和USART_DR暫存器可恢復FE位
Fractional baud rate generation的設定
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接收器和傳送器的Baud rate分別由USART_BRR設置USARTDIV的整數部分(Mantissa)及小數部分(Fraction)，計算方式如下所示:
.. image:: /baud.png
Ref: `RM0090 Reference Manual P.959<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
其中USARTDIV為一個無號的定點數(unsigned fixed point number)，fCK為給周邊設備的時鐘。
- 當OVER8 = 0 時，小數部分佔USART_BRR的DIV_Fraction[3:0]，共 4 bits
- 當OVER8 = 1 時，小數部分佔USART_BRR的DIV_Fraction[2:0]，共 3 bits，其中DIV_Fraction[3]應該保持'0'
**USART_BRR被更新後，baud rate的計數器中的值也會同時被更新，因此在傳輸途中不應該更新USART_BRR中的值。
另外，如果TE或RE被分別禁止，則baud rate的計數器也會停止計數**
使用stm32f407vgt6官方lib時，會透過檔案中設定的時脈和baud rate去換算出USART_BRR的值，包含整數與小數部分。.
- BRR(USARTDIV) 的值 Mantissa = 0x088B ; Fraction = 0x08 =>計算方式 0x88B->0d2187 + 8/16 = 2187.5
if over8=0 計算baud rate的方式: baud rate = usart時脈/(8*(2-over8)*DIV).
- usart時脈42Mhz, baud rate = 42000000/(8*2*2187.5) = 1200
usart是接在APB BUS上方，stm32f407vgt6有兩組APB各對應不同usart。usart時脈要看APB供應的時脈，
APB時脈要透過RCC和PLL設定去看clock tree。.
- 預設stm32f4-discovery這塊板子外部震盪器(HSE_VALUE)是8Mhz(官方lib好像設定成25Mhz)。.
- 8Mhz透過pll_M(8)除頻輸入PLL =>8Mhz/8=1Mhz.
- 1Mhz輸入PLL,透過pll_N(0x5400)倍頻再透過pll_P(2)除頻，作為sysclk => (1Mhz*0x5400>>6)/2 = 168Mhz.
- sysclk轉接HCLK都是168Mhz.
- HCLK>>2轉給PCLK1 => 168Mhz>>2 = 42Mhz.
Modes
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USART using DMA
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Ref: `Using The DMA controller on STM32<http://www.mind-dump.net/using-the-dma-controller-on-stm32f4>`_
利用UART傳送小量data的時候, 接收方可以利用interrupt 的方法, 令processor 把data 從recieve register 寫到 memory裡面;
但當連續傳送大量的data時, 如果能不使用到processor 做將data 寫入memory的動作, 可以減輕資源有限的微處理器的負擔.
Ref: `RM0090 Reference Manual P.981<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
USART 用 DMA 讀取 DATA 再傳送
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.. image:: /tx_normal.png
(一般 USART 傳送)
.. image:: /tx_uart_dma.png
(DMA USART 傳送)
1. 剛開始DMA先把第一個DATA寫入USART_DR.
2. 當TXE(transmission enable), 第一個data(FRAME1)就從TX Line上傳出去;TXE的同時,DMA request觸發, 所以DMA把第二個data也寫進USART_DR.
3. 當FRAME1傳完以後, 再一次TXE, FRAME2 開始從TX line傳出去,同時DMA request再次觸發, FRAME3也開始寫入.
4. 因為DMA一開始要設定這次會傳幾個byte,當回寫入完最後一個byte到USART_DR以後,DMA transfer complete會觸發,之後USART就會等待TC觸發,以確保最後一個byte傳發完畢.
5. TC 會由硬體在最後一個frame傳送完會設為1.
USART 接收端經過 DMA 存放DATA
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.. image:: /rx_usart_dma.png
與transmission類似.
1.USART_CR3 的 DMAR 要enable.
2. 當收到一個frame以後, 除了RXNE 以外,DMA request也會觸發, 表示DMA可以從USART_DR把DATA傳送到設定好的memory地址.
3. 當預先設定好的接收data數量達到以後, DMA TCIF會觸發interrupt, DMAR會在這個interrupt routine裡清掉,不就會產生DMA request.
SmartCard Mode
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SmartCard
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SmartCard Mode 是為了支援asynchronous protocol Smartcards(ISO 7816-3)[5].Smartcard 是一種單線半雙工的通輸協定
register 設定
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USART_CN3 : SCEN = 1;HDSEL, IREN : keep clean
USART_CN2 : LINEN
CLKEN = 1 (有可能會用到 Clock)
Smartcard mode Stop bit
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預設為 transmitter / receiver 兩端都是 1.5 bit, 但是receiver 可以使用 0.5 bit的stop bit.
因為 smartcard mode 是利用 TX 單線傳接, 所以如果設定0.5 bit stop bit的話, 在傳送,接收轉換是需要修改 control register.
parity error in smartcard mode
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.. image:: /parity_smartcard.png
當發現parity error, receiver 會 把TX立刻設為0維持一個baud clock(這個動作稱為"NACK") . 這樣會做成framing error讓transmitter 端知道, 然後重新傳一次.
IrDA SIR ENDEC
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Ref: `RM0090 Reference Manual P.979<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
IrDA
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IrDA 是一種標準化紅外線數據傳送方式;STM32f4支援利用USART輸出訊號配合轉換電路,轉換成符合IrDA 標準的訊號,實現紅外線傳輸.
低速紅外線其傳輸數率上限為115.2Kbps, 相較於低速紅外線,高速紅外線的傳輸速率達到4Mbps, 更適合傳送較大的檔案, 圖片等;而由於紅外線無法穿越墻壁, 所以也適合在一個安全保密的封閉環境裡作網路傳輸.
register 設定
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USART_CR3 : IREN = 1; SCEN, HDSEL :keep clean.
USART_CR2 : LINEN , STOP, CLKEN :keep clean.
IrDA SIR 實體層
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.. image:: /irda.PNG
SIR Transmit encoder 會把 USART 的Non Return to Zero 轉換成 IrDA 輸出訊號.
IrDA 輸出是一種 Return-To-Zero,Inverted 形式的訊號, 用一個紅外線 pulse 表示一個 logic 0.
每一個紅外線 pulse 相當於 3/16 的 bit period, 而 IrDA mode 下的 USART 的 bit rate 最高為 115.2 Kbps.
(下圖 IrDA_OUT).
.. image:: /normal_mode.PNG
USART SYNCHRONOUS MODE
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Ref: `RM0090 Reference Manual P.974<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
register 設定
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USART_CR2 : CLKEN = 1;LINEN :keep cleared;
USART_CR3 : SCEN, HDSEL, IREN :keep cleared;
特性
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.. image:: /synchronous_transmission.png
Synchronous 指的是master 跟 slave 用同一個 Clock, 這個clock(SCLK)由 master 端送出, 同時需要TE = 1,clock 才會產生;這個時候只有master方會接收或傳送data.
(UART 4,5 不支援 Synchronous mode)
.. image:: /usart_syn.png
在傳送 start bit, stop bit 時不會有 clock pulse 從 SCLK 送出,clock 處於 logic 0.
Last bit clock pulse(LBCL),確定第8(9,如果 M=1)bit的clock pulse會不會輸出.
CPOL = 0: high 為 logic 1 ; CPOL =1 :high 為 logic 0.
CPHA = 0: clock pulse 發生在bit period 的後半段中;CPHA = 1: clock pulse 發生在bit period 的前半段;差別在於bit period中間的edge是正/負緣觸發.
master mode: 不能夠用slave(不是產生SCLK的一方,非usart周邊)輸入進來的input clock 做接收或送去data.
因為同步, 所以不需要oversampling(Ws >> 2Wm)
USART 與 SPI
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SPI：它是主從式的架構，通常一個主設備和多個從設備
由四條信號線組成：SCLK、MISO、MOSI、CS
MOSI：master output, slave input，主設備輸出
MISO：master input, slave output，主設備輸入
SCLK：serial clock，clock信號，由主設備產生
CS：chip select (optional)
USART在全雙工的模式(特別是同步模式)下，也有類似的訊號
TX：傳送訊號給周邊
RX：週邊設備傳送給主設備的訊號
SCLK：由主設備產生的clock訊號
以上是兩者有類似的地方
HARDWARE FLOW CONTROL
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Ref: `RM0090 Reference Manual P.983<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
利用 nCTS 跟 nRTS 控制 TX , RX 要不要再傳送或接收 data
.. image:: /hardware_control_2usarts.png
RTS Flow Control
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RTSE(RTS flow control enable) , CTSE 為1才開啟hw flow control;
Figure 318
在recieve端register 滿了以後, nRTS轉為 1,表示接收完這個data以後就暫時不接收Data;
.. image:: /rst_flow_control.png
CTS Flow Control
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跟上面是對應的, 當nRTS為1, transimitter 端的nCTS就會是1, 表示他知道reciever 目前無法接收data, TX就會在傳送完當前的data以後 idle.
nCTS為1 的時候, 會由硬體去設定CTSIE bit (USART_CR3).
.. image:: /cst_flow_control.png
PARITY CONTROL
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Parity control是用來確保傳輸資料的正確性。其原理是在傳輸端產生一個parity bit，然後在接收端可以重新計算parity bit以確保在傳輸過程沒有發生錯誤。在STM32，它可以透過設定USART_CR1 register的PCE bit來打開。STM32的frame長度是由M bit所決定，所以USART的frame有以下這些可能格式：
.. image:: /frame_formats.png
Even/Odd parity
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parity依算方式的不同分成兩種方式，even parity和odd parity
Even parity
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如果一個frame內1的數量是偶數，則在 even parity的情況下會把parity bit設為0。
E.g.: 假設 data=00110101; 因為有 4 bits被設為1，而且我們選擇的是 even parity(PS bit in USART_CR1 = 0)，所以 parity bit被設為0。
Odd parity
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如果一個frame內1的數量是奇數，則在 odd parity的情況下會把parity bit設為0。
E.g.: 假設 data=00110101; 因為有 4 bits被設為1，而且我們選擇的是 odd parity(PS bit in USART_CR1 = 1)，所以 parity bit被設為1。
接收後會做 parity checking
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如果 parity check 失敗了，USART_SR register的PE flag會被設立，然後如果USART_CR1 register的PEIE bit也有被設立的話，還會產生中斷。PE flag最後在軟體執行(a read from the status register followed by a read or write access to the USART_DR data register)時被清除。
傳送前會做 parity generation
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如果USART_CR1的PCE bit被設立，那麼MSB會被改成parity bit（PS=0 是even parity, PS=1 是odd parity）
小知識：
MSB: Most Significant Bit，代表位數最大的那個bit
LSB: Least Significant Bit，代表位數最小的那個bit
USART Register 總表
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Status register(USART_SR)
Data register(USART_DR)
Baud rate register(USART_BRR)
Control Register 1(USART_CR1)
Control Register 2(USART_CR2)
Control Register 3(USART_CR3)
Guard time and prescaler register(USART_GTPR)
.. image:: /USART_register.png
CODE SECTION
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發送器測試
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Download sample code :
.. code-block:: c
git clone https://github.com/wujiheng/stm32f407.git
cd stm32f407/USART
To compile code
.. code-block:: c
make
make flash <-- 記得把USB連上去
這裡採用minicom 超級終端機來接收USART字串
.. code-block:: c
ls /dev <-- 找device，見圖，這裡找到/dev/ttyUSB0
.. image:: /usart-ls-dev.png
.. code-block:: c
sudo apt-get install minicom
sudo minicom -s <-- 不一定要用root，不過使用者必須要device node 讀寫的權限，-s表進入setup
.. image:: /usart-minicom-setup.png
.. image:: /usart-minicom-device.png
.. code-block:: c
選擇第三個"Serial port setup"，設定接收的模式及port
先按'A'選擇device，並輸入/dev/ttyUSB0(由剛剛的ls /dev)決定
.. image:: /usart-minicom-parameter.png
再來按'E'設定接收的參數，選擇
.. code-block:: c
'C' --> Baud rate 9600
'L' --> None parity check
'V' --> 資料長度 8 bits
'W' --> 停止位元數 1 bit
輸入完後按Enter離開
.. image:: /usart-minicom-save.png
.. code-block:: c
回到原本的畫面，選擇 'Save setup as default' ，然後選擇 'Exit from Minicom' 離開
.. image:: /usart-minicom.png
.. code-block:: c
回到Terminal，重新輸入sudo minicom進入Minicom的畫面
.. image:: /usart-minicom.png
.. image:: /usart-pin.jpg
.. code-block:: c
按照圖上的接法，白色線接PA2、綠色線接PA3
** 白色線為USB的RX所以要接上板子的TX(PA2) **
** 綠色線為USB的TX所以要接上板子的RX(PA3) **
** 線材部分使用usb轉ttl轉接線(內部有轉接晶片，將PC usb訊號轉成GPIO腳位的電氣訊號) **
** 另外有usb轉rs232 cable線，使用時從stm32板子接出的gpio輸出電訊號0~5V之間，不符合rs232接腳的電氣訊號(+-5V)，須再透過轉接晶片才能正確寫入，否則會出現亂碼 **
此時畫面中的Minicom會顯示出結果，不斷的印出"Init complete! Hello World!"
.. image:: /usart_minicom_results.png
按Ctrl+a，再按x可離開Minicom
**實驗波形圖，採用USBee AX作訊號分析**
.. image:: /usart_wave.jpg
接收器測試
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To compile code
.. code-block:: c
// 切換到branch USART_Receive
git checkout USART_Receive
// 編譯並上傳程式
make; make flash
.. image:: /usart_minicom_receive.png
.. code-block:: c
打開Minicom只會看到一行字串
.. image:: /usart_sendfile.png
.. code-block:: c
接著按下 Ctrl+a 然後按 s 出現Upload選項，選擇最後一項 'ascii'
.. image:: /usart_selectfile.png
.. code-block:: c
找到要發送過去的檔案，按空白鍵選取，按Enter開始傳送
.. image:: /usart_sendsuccess.png
.. code-block:: c
傳送成功後如圖所示，程式會在接收到資料後，回傳相同的資料
.. image:: /usart_receive_result.png
.. code-block:: c
印出來的資料應如同檔案中的字串
REFERENCE
..................
- `[1]Universal asynchronous receiver/transmitter wikipedia.<http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_asynchronous_receiver/transmitter#Special_receiver_conditions>`_
- `[2]STM32F407xx Reference Manual P.946 ~ P.997<http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/reference_manual/DM00031020.pdf>`_
- `[3]IrDA and RS-232<http://china.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/3024>`_
- `[4]Using The DMA controller on STM32<http://www.mind-dump.net/using-the-dma-controller-on-stm32f4>`_
- `[5]ISO 7816-3<http://www.cardwerk.com/smartcards/smartcard_standard_ISO7816-3.aspx>`_
Q&A
...................
***1.baud rate為何不是2的倍數？幾個baud rate數字的關聯？為何設定會有小數點？***
baud rate 是單位時間內傳輸資訊的個數，單位是bits/sec
最早的發明是用來測量電報傳輸速率，現在用來作為網路兩節點的傳輸速率
常用的有300、1200、2400、9600、115200、19200等bits/sec
這些規格是來自歷史因素，最早的baud rate用在電傳，是75baud
後來每次擴充都是兩倍，75->150->300->600->1200....
而我們為了要得到這個值，必須從系統的clock做分頻，因此要設定USARTDIV
這也是USARTDIV會是小數的原因
***2.為什麼USART可以選擇8 bit/9 bit***
由於歷史因素，所以usart可以選擇8,9bit的傳送
最一開始的ASCII code是使用7 bit來做編碼，而第8個位元常會被拿來做各種應用
像是加上parity bit來驗證資料的正確性
但是當以8為單位的電腦系統興起後，開始用8bit來做傳輸
所以一開始7 bit ASCII code也被擴展為8 bit
***3.為何stop bit有0.5 bit、1.5 bit的設計?***
stop bit其實不算是bit，他是傳輸結束後的一段時間(period)，區隔每個傳輸的資料
它的功用是在非同步傳輸的時候可以告訴receiver資料傳輸已經結束
stop bit有0.5, 1, 1.5, 2bits，共四種
一些比較老的teletype machine可能需要不只一個stop bit
如果stop bit越長，可以增加多一點點的處理時間
另一個原因是長一點的stop bit可以提供長一點的同步時間
若是在環境比較不好的情況下(例如，長距離傳輸)，較長的同步時間會可以有效減少錯誤的發生
不過缺點是會導致throughput的降低
***4.為何取樣是看8,9,10這幾個bit？***
因為8,9,10是在整個start bit的正中間
由於接收端和傳送端的取樣頻率可能會有些微誤差
如果我們在中間取樣，可以容許一定程度的取樣頻率誤差
.. image:: /unmatched clocks.png
`圖片來源<http://electronics.stackexchange.com/questions/42236/uart-receiver-clock-speed>`_
