嵌入式硬件——基于IMX6ULL的UART（通用异步收发传输器）

UART（通用异步收发传输器）功能实现与配置

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是嵌入式系统中常用的串行通信外设，用于实现设备间的异步数据传输（如开发板与电脑的串口调试）。本文详细讲解了 UART1 的硬件配置、寄存器初始化、收发功能实现及使用方法。

一、UART 概述与硬件基础

I.MX6ULL UART 核心特性

兼容 TIA/EIA-232F 标准，最高传输速率可达 5Mbit/s；

支持 8/9 位数据位、1/2 位停止位、奇 / 偶 / 无校验；

支持自动波特率检测（本次实验禁用，使用固定 115200 波特率）；

时钟源默认采用pll3_80m（80MHz），可通过分频适配不同波特率；

本次实验使用UART1，通过 USB-TTL 模块与电脑串口调试助手通信。

硬件引脚配置

I.MX6ULL 的 UART1 需通过引脚复用实现功能，开发板上 UART1 的 TX/RX 引脚与 GPIO 复用，具体配置如下：

功能	引脚名称	复用配置	电气属性配置值
UART1_TX	UART1_TX_DATA	复用为 UART1 发送引脚	0x10B0
UART1_RX	UART1_RX_DATA	复用为 UART1 接收引脚	0x10B0

电气属性 0x10B0 含义（参考IOMUXC引脚配置规则）：

bit16（HYS）：0（关闭迟滞比较器）；
bit15:14（PUS）：01（47K 上拉电阻，防止引脚悬空）；
bit12（PKE）：1（使能上下拉功能）；
bit7:6（SPEED）：10（中速 100MHz）；
bit5:3（DSE）：110（驱动能力 R0/6）；
bit0（SRE）：0（低压摆率，降低 EMC 干扰）。

二、UART 初始化实现（寄存器配置）

UART 的初始化核心是引脚复用配置与寄存器参数设置，需按步骤完成时钟、数据格式、波特率等配置。以下基于uart.c的init_uart1函数展开讲解。

引脚复用与电气属性配置

通过 NXP SDK 提供的IOMUXC_SetPinMux和IOMUXC_SetPinConfig函数，将指定引脚复用为 UART1 功能，并配置电气特性：

c 复制代码

#include "uart.h"
#include "MCIMX6Y2.h"
#include "fsl_iomuxc.h"

void init_uart1(void)
{
    // 1. 引脚复用配置：将引脚复用为UART1_TX/RX
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0);  // TX引脚复用
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0);  // RX引脚复用
    
    // 2. 引脚电气属性配置：上拉、速度、驱动能力等
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0x10B0);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0x10B0);

UART 核心寄存器初始化

I.MX6ULL 的 UART 通过多个控制寄存器配置工作模式，需按顺序初始化（关键寄存器及作用如下）。

关闭 UART 并清零配置

先清零UCR1（控制寄存器 1）和UCR2（控制寄存器 2），确保初始状态无残留配置：

c 复制代码

    UART1->UCR1 = 0;  // 关闭UART，清零所有控制位
    UART1->UCR2 = 0;  // 清零接收/发送控制配置

配置 UCR2（数据格式与收发使能）

UCR2是 UART 配置的核心，用于设置数据位、停止位、收发使能等关键参数：

c 复制代码

    // UCR2配置：IRTS(忽略RTS) + WS(8位数据) + TXEN(发送使能) + RXEN(接收使能)
    UART1->UCR2 |= (1 << 14) | (1 << 5) | (1 << 2) | (1 << 1);
    // 说明：
    // bit14(IRTS)：1=忽略RTS引脚（无需硬件流控）
    // bit5(WS)：1=8位数据位（默认无校验）
    // bit2(TXEN)：1=使能发送功能
    // bit1(RXEN)：1=使能接收功能

配置 UCR3（接收路径选择）

UCR3的RXDMUXSEL位（bit2）是 I.MX6ULL 手册强制要求配置的位，必须设为 1 以选择正确的接收路径：

c 复制代码

    UART1->UCR3 |= (1 << 2);  // RXDMUXSEL=1，选择正确的接收数据路径

配置 UFCR（时钟分频）

UFCR（波特率预分频寄存器）用于设置 UART 时钟的预分频系数，确保波特率计算基于正确的时钟频率：

c 复制代码

    UART1->UFCR |= (5 << 7);  // 预分频系数=5（对应1分频，时钟源为80MHz）
    // 说明：I.MX6ULL UART时钟源默认是pll3_80m（80MHz），此处配置为1分频，实际时钟=80MHz

配置 UBIR 与 UBMR（波特率设置）

波特率由UBIR（波特率整数寄存器）和UBMR（波特率分子寄存器）共同决定，计算公式如下（手册 P3592）：

BaudRate= 16× (UBIR+1)/(UBMR+1) × Ref Freq

参数说明：Ref Freq=80MHz（UART 时钟），目标波特率 = 115200；

计算结果：代入公式得 (UBIR+1)/(UBMR+1) ≈43.402，取UBIR=999、UBMR=43402（验证：80MHz/(16∗(43402+1)/(999+1))≈115200）。

代码配置如下：

c 复制代码

    UART1->UBIR = 999;     // 波特率整数部分
    UART1->UBMR = 43402;   // 波特率分子部分

使能 UART

最后通过UCR1的UARTEN位（bit0）使能 UART1：

c 复制代码

    UART1->UCR1 |= (1 << 0);  // 使能UART1
}

三、UART 收发功能实现

基于 UART 状态寄存器（USR2）的状态位判断，实现单字符发送、字符串发送、单字符接收功能，确保数据传输的完整性。

单字符发送（putc）

发送单个字符时，需等待发送缓冲（TxFIFO）和移位寄存器为空（USR2->TXDC位为 1），避免数据覆盖：

c 复制代码

void putc(unsigned char ch)
{
    // 等待发送完成（TXDC=1：发送缓冲和移位寄存器为空）
    while((UART1->USR2 & (1 << 3)) == 0);  
    UART1->UTXD = ch;  // 将字符写入发送数据寄存器（UTXD）
}

字符串发送（puts）

通过循环调用putc实现字符串发送，直到遇到字符串结束符'\0'：

c 复制代码

void puts(const char *p)
{
    while(*p)  // 遍历字符串，直到'\0'
    {
        putc(*p++);  // 逐个发送字符
    }
    // 可选：添加换行符（适配串口助手换行显示）
    // putc('\r');
    // putc('\n');
}

单字符接收（getc）

接收单个字符时，需等待接收缓冲有数据（USR2->RDR位为 1），避免读取无效数据：

c 复制代码

unsigned char getc(void)
{
    // 等待接收完成（RDR=1：接收缓冲至少有1个字节数据）
    while((UART1->USR2 & (1 << 0)) == 0);  
    return UART1->URXD & 0xFF;  // 读取接收数据寄存器（URXD），保留低8位
}

适配标准库的raise函数

移植printf等标准库函数时需提供raise函数（空实现即可，用于异常处理）：

c 复制代码

void raise(void)
{
    // 空实现，适配标准库编译
}

完整的UART.C函数

cs 复制代码

#include "uart.h"
#include "MCIMX6Y2.h"
#include "fsl_iomuxc.h"


void init_uart1(void)
{
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0);
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0);

    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0x10B0);
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0x10B0);

    UART1->UCR1 = 0;
    UART1->UCR2 = 0;
    UART1->UCR2 |= (1 << 14) | (1 << 5) | (1 << 2) | (1 << 1);
    UART1->UCR3 |= (1 << 2);
    UART1->UFCR |= (5 << 7);
    UART1->UBIR = 999;     // 必须在前面
    UART1->UBMR = 43402;
    UART1->UCR1 |= (1 << 0);


}

void putc(unsigned char ch)
{
    while((UART1->USR2 & (1 << 3)) == 0);
    UART1->UTXD = ch;

}

void puts(const char *p)
{
    while(*p)
    {
        putc(*p++);
    }
}

unsigned char getc(void)
{
    while((UART1->USR2 & (1 << 0)) == 0);
    return UART1->URXD & 0xFF;  // 把后八位保留，前面的清除
}

void raise(void)
{
    
}

四、UART 使用示例

在主函数中初始化 UART1 后，即可调用收发函数实现串口通信（如与电脑串口调试助手交互）。

示例代码（main.c 片段）

c 复制代码

#include "uart.h"
#include "delay.h"

int main(void)
{
    unsigned char recv_data;  // 接收缓存
    
    // 1. 初始化系统时钟（UART时钟依赖系统时钟）
    init_clock();
    // 2. 初始化UART1（115200, 8N1：8位数据、无校验、1位停止位）
    init_uart1();
    
    // 3. 发送欢迎信息
    puts("UART1 Test: 115200 8N1");
    puts("Please enter a character: ");
    
    while(1)
    {
        // 4. 接收电脑发送的字符
        recv_data = getc();
        // 5. 回显接收的字符（将接收的字符再发送回电脑）
        puts("You entered: ");
        putc(recv_data);
        putc('\r');  // 换行
        putc('\n');
    }
    return 0;
}

串口调试助手配置

波特率：115200；
数据位：8；
停止位：1；
校验位：无；
流控：无。

五、关键注意事项

引脚复用正确性：需确保 UART1 的 TX/RX 引脚复用配置正确（IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX和IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX），错误复用会导致通信失败；
波特率匹配：开发板 UART 波特率（115200）需与电脑串口调试助手配置完全一致，否则会出现乱码；
状态位检查：收发数据前必须检查USR2的TXDC（发送完成）和RDR（接收就绪）位，避免数据丢失或覆盖；
时钟依赖：UART 时钟源（pll3_80m）需通过init_clock正确初始化，否则波特率计算会偏差，导致通信异常。

UART 功能扩展（可选）

中断收发：当前为查询模式，可通过 UART 中断（如接收中断、发送中断）实现无阻塞通信，减少 CPU 占用；
多字节接收：扩展gets函数，实现字符串接收（需处理换行符或终止符）；
波特率切换：通过动态修改UBIR和UBMR，支持不同波特率的切换（需重新计算寄存器值）。

通过以上配置，I.MX6ULL 的 UART1 可稳定实现与电脑的串口通信，为嵌入式程序调试（如打印变量、日志）提供核心支持。