UART¶

1. UART 驱动说明¶

1.1 简介¶

UART 是通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），是设备间异步通信的关键模块。思澈平台 UART 特性主要包括：

全双工异步通信；
支持 16 或 8 倍过采样，兼顾速度与时钟容差；
可编程数据字长（7、8、9 位）；
可配置停止位（1 或 2 个停止位）；
支持 DMA 连续传输；
支持硬件流控（CTS/RTS）。

UART 总线工作原理可参考 UART设备

1.2 UART 资源分布¶

思澈平台最多支持 6 个 UART 实例，其中 3 个位于 HCPU，3 个位于 LCPU。

平台	HCPU	LCPU
52x	UART1/UART2/UART3
56x	UART1/UART2/UART3	UART4/UART5/UART6
55x	UART1/UART2	UART3/UART4/UART5
58x	UART1/UART2/UART3	UART4/UART5/UART6

UART 总线名称依次为 uart1~uart6。 UART 总线配置信息可参考 uart_config.h。

备注

HCPU 可以使用 LCPU 的 UART，但 LCPU 只能使用 LCPU 的 UART。

IO 口灵活性差异¶

55x/58x 系列：UART IO 口固定分配，需参考芯片规格书确认具体 IO 与 UART 的对应关系，不可随意切换。
52x/56x 系列：灵活性更高，任何带有 I2C_UART 功能的 IO 均可通过映射配置为 UART。

规格对比参考图：

1.3 UART 工作模式¶

UART 支持轮询（polling）、中断（INT）和 DMA 三种模式。

模式	CPU 占用	代码复杂度	适用场景
轮询	高，CPU 持续参与检查状态	低	低速、小数据量、简单应用
中断	中，事件发生时响应中断	低	中等数据量、实时性要求较高
DMA	低，DMA 控制器直接传输	高	高速、大数据量、高吞吐量

下面流程图展示三种模式区别：

中断模式和 DMA 模式均通过缓存接收 UART 数据，应用层从缓存获取数据。区别在于：

中断模式每个字节到来时触发中断，由 CPU 将数据搬运到缓存；
DMA 模式由 DMA 自动搬运数据到缓存，CPU 参与较少。

备注

DMA 模式适合高吞吐、低 CPU 占用的场景，通信过程不需 CPU 参与，减少被打断的概率。

对于 UART RX，建议优先使用 DMA 模式，避免中断导致接收异常。

1.4 UART 硬件流控¶

UART 硬件流控通过 CTS（Clear To Send）和 RTS（Request To Send）控制信号线实现流量控制，防止接收方缓冲区满导致丢包。

优点：

适用于高速传输时双方速率不匹配或数据突发场景。

缺点：

需要额外引脚 CTS/RTS，增加硬件设计复杂度。

1.5 UART 总线接口¶

打开并配置 UART 的常用接口如下：

函数	描述
`rt_device_find()`	查找设备
`rt_device_open()`	打开设备
`rt_device_read()`	读取数据
`rt_device_write()`	写入数据
`rt_device_control()`	控制设备
`rt_device_set_rx_indicate()`	设置接收回调
`rt_device_set_tx_complete()`	设置发送完成回调
`rt_device_close()`	关闭设备

UART 总线一般使用流程： rt_device_find() -> rt_device_open() -> rt_device_control() -> rt_device_set_rx_indicate()/rt_device_set_tx_complete() -> rt_device_read()/rt_device_write()

2. UART 使用流程¶

UART 使用一般包含配置选型、硬件绑定、参数设置和驱动调用四个核心步骤。

2.1 menuconfig 使能 UART¶

在系统配置界面（menuconfig）中，勾选需要使用的 UART 总线（参考UART 列表），确保对应总线被使能。

配置界面示例：

建议：UART RX 应启用 DMA，避免接收过程丢失数据。

2.2 Pinmux 配置（绑定 IO 与 UART 总线）¶

Pinmux 配置用于建立物理 IO 引脚与 UART 总线的硬件映射关系，只有完成绑定后，UART 才能正常通信。

示例：使用 PA19 作为 USART1_TXD，PA18 作为 USART1_RXD。

// 函数：HAL_PIN_Set(引脚标识, 功能别名, 上下拉配置, 核心选择)
HAL_PIN_Set(
    PAD_PA19,       // 物理 IO 引脚
    USART1_TXD,     // UART1 发送
    PIN_PULLUP,     // 上下拉配置
    1               // 1：HCPU，0：LCPU
);
HAL_PIN_Set(
    PAD_PA18,       // 物理 IO 引脚
    USART1_RXD,     // UART1 接收
    PIN_PULLUP,     // 上下拉配置
    1               // 1：HCPU，0：LCPU
);

2.3 应用层选择 UART 总线¶

在应用层选择要使用的 UART 总线。

示例配置界面：

2.4 打开与配置 UART¶

通过 RT-Thread 接口完成 UART 初始化与控制，常见流程如下：

// 查找 UART 总线
rt_device_find(device_name);
// 打开 UART 总线
rt_device_open(dev, oflag);
// 设置接收回调
rt_device_set_rx_indicate(dev, finsh_rx_ind);
// 配置波特率、数据字长、停止位
rt_device_control(dev, RT_DEVICE_CTRL_CONFIG, &config);
// 读取 UART 数据
rt_device_read(shell->device, -1, &ch, 1);

2.5 UART 模式配置¶

通过 flag_open 选择 UART 工作模式。

轮询模式：

flag_open = RT_DEVICE_OFLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_STREAM;

中断模式：

flag_open = RT_DEVICE_OFLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_STREAM | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX | RT_DEVICE_FLAG_INT_TX;

DMA 模式：

flag_open = RT_DEVICE_OFLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_STREAM | RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX | RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX;

所有支持的 flag 如下：

#define RT_DEVICE_FLAG_RDONLY           0x001           /**< read only */
#define RT_DEVICE_FLAG_WRONLY           0x002           /**< write only */
#define RT_DEVICE_FLAG_RDWR             0x003           /**< read and write */
#define RT_DEVICE_FLAG_REMOVABLE        0x004           /**< removable device */
#define RT_DEVICE_FLAG_STANDALONE       0x008           /**< standalone device */
#define RT_DEVICE_FLAG_ACTIVATED        0x010           /**< device is activated */
#define RT_DEVICE_FLAG_SUSPENDED        0x020           /**< device is suspended */
#define RT_DEVICE_FLAG_STREAM           0x040           /**< stream mode */
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_RX           0x100           /**< INT mode on Rx */
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX           0x200           /**< DMA mode on Rx */
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_TX           0x400           /**< INT mode on Tx */
#define RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX           0x800           /**< DMA mode on Tx */

2.6 DMA 模式配置¶

DMA 模式配置包括：menuconfig 使能 UART DMA、配置 dma_config、并在 rt_device_open 时打开 DMA 标志。

2.6.1 menuconfig 使能 UART DMA¶

在 menuconfig 中勾选目标 UART 总线时，同时勾选“Enable UART DMA”。

2.6.2 配置 dma_config¶

在 dma_config.c 中配置 DMA 相关宏，例如：

#define UART1_DMA_RX_IRQHandler                DMAC1_CH7_IRQHandler  /* DMA 中断回调 */
#define UART1_RX_DMA_IRQ_PRIO                  0                     /* DMA 中断优先级 */
#define UART1_RX_DMA_INSTANCE                  DMA1_Channel7         /* DMA 通道实例 */
#define UART1_RX_DMA_IRQ                       DMAC1_CH7_IRQn        /* DMA 中断 */
#define UART1_RX_DMA_REQUEST                   DMA_REQUEST_5         /* UART1 RX DMA 请求号 */

下表展示各平台 UART 总线对应的 DMA_REQUEST：

UART 总线	52x	55x	56x	58x
UART1_TX	DMAC1_4	DMAC1_4	DMAC1_4	DMAC1_4
UART1_RX	DMAC1_5	DMAC1_5	DMAC1_5	DMAC1_5
UART2_TX	DMAC1_6	DMAC1_6	DMAC1_6	DMAC1_6
UART2_RX	DMAC1_7	DMAC1_7	DMAC1_7	DMAC1_7
UART3_TX	DMAC1_26	DMAC2_0	DMAC1_26	DMAC1_26
UART3_RX	DMAC1_27	DMAC2_1	DMAC1_27	DMAC1_27
UART4_TX		DMAC2_2	DMAC2_0	DMAC3_0
UART4_RX		DMAC2_2	DMAC2_1	DMAC3_1
UART5_TX		DMAC2_4	DMAC2_2	DMAC3_2
UART5_RX		DMAC2_5	DMAC2_3	DMAC3_3
UART6_TX			DMAC2_4	DMAC3_4
UART6_RX			DMAC2_5	DMAC3_5

2.6.3 启用 DMA 模式¶

打开 UART 时使用 DMA 标志：

flag_open = RT_DEVICE_OFLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_STREAM | RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX | RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX;

3. 其他注意事项¶

3.1 UART 波特率建议¶

当 UART 波特率超过 1M 时，建议选择 1M、2M、3M、4M、6M 等档位。原因：UART 的时钟由 48M 分频生成，使用整除分频值可降低速率误差。

3.2 HCPU 使用 LCPU UART 的说明¶

3.2.1 适用平台与风险¶

对于 56x/55x/58x 平台，HCPU 使用 LCPU UART DMA 通讯为非推荐方案。因为 HCPU 访问 LCPU UART 需要经过 APB 总线，若系统处于 LCPU RC10K 校准阶段，APB 总线会被占用 2~3us，可能导致连续数据传输过程中出现丢包。

建议：仅在无法避免时，才使用 HCPU 访问 LCPU UART DMA。

3.2.2 必要条件¶

若必须使用 HCPU 访问 LCPU UART DMA，必须满足以下两个要求：

使用外部 32k 晶振。
HCPU 的 UART 缓冲区使用 LCPU 的 SRAM 空间。

3.2.3 外部 32k 晶振要求¶

原因如下：

56x/55x/58x 平台的 RC10K 校准在 LCPU 上完成；
校准期间 PCLK2 会降频到 6M；
访问 PMU 寄存器会占用 APB 总线约 2~3us；
HCPU 访问 LCPU UART 也需经过 APB 总线，因此连续通信时可能发生 1 字节丢失。

总线结构：

配置方式：

../../_images/LCPU_use_32k_menuconfig.png

电路图：

3.2.4 HCPU 缓冲区使用 LCPU SRAM¶

HCPU 使用LCPU 的 UART 时，建议将 UART 缓冲区分配到 LCPU SRAM，以避免跨核访问带来的数据不一致和延迟问题。

修改 LCPU mem_map.h，调整 LCPU SRAM 分布，从 LCPU_RAM_DATA 预留 SRAM 空间。

../../_images/hcpu_use_lcpu_sram_memmap.png

修改驱动文件 serial.c，在打开 UART 时判断 HCPU 使用 LCPU UART 场景，并使用 LCPU 预留的 SRAM 空间。

../../_images/hcpu_use_lcpu_sram_serial_drv.png

发布版本未包含HCPU 使用LCPU 的 UART的支持，用户可以自己修改或向我司索要相关patch.