ARM-08-I.MX6U UART 串口

somi72026-03-31 9:44

一、串口介绍

串口是单片机和嵌入式 Linux 开发中最常用的外设，可用于：

  • 将开发板与电脑相连，通过串口调试助手调试程序
  • 蓝牙、GPS、GPRS 等模块与主控通信
  • 嵌入式 Linux 中作为控制台使用

I.MX6U 共有 8 个 UART，主要特性：

  1. 兼容 TIA/EIA-232F 标准，速度最高可到 5Mbit/S
  2. 支持串行 IR 接口，兼容 IrDA，最高可到 115.2Kbit/s
  3. 支持 9 位或者多节点模式（RS-485）
  4. 1 或 2 位停止位
  5. 可编程的奇偶校验（奇校验和偶校验）
  6. 自动波特率检测（最高支持 115.2Kbit/S）

本篇目标：实现 115200,8,N,1 与电脑之间通信。

二、配置串口寄存器

时钟配置

  • 时钟源由寄存器 CCM_CSCDR1 的 UART_CLK_SEL(bit) 位选择：
    • 为 0：UART 时钟源为 pll3_80m（80MHz）← 一般选择此项
    • 为 1：UART 时钟源为 osc_clk（24MHz）
  • UART_CLK_PODF(bit5:0)：时钟分频值，可设置 0~63（对应 1~64 分频）← 一般设置为 1 分频
  • 最终进入 UART 的时钟为 80MHz

1. 选择串口引脚功能和电气属性

这里选择 UART1：

复制代码 
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0);
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0x10b0);
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0x10b0);

注意：不配置 UART1 的 CTS_B 和 RTS_B，因为：

  • CTS/RTS 引脚用于硬件流控，不是 UART 通信的必要引脚
  • 只有在需要防止数据溢出的高速或大数据量传输场景（如 GSM 模块、GPS 模块、蓝牙模块等）才需要配置

2. 配置三个 UART 控制寄存器

UARTx_UCR1
位 名称 说明
bit14 ADBR 自动波特率检测使能位：0=关闭，1=使能
bit0 UARTEN UART 使能位：0=关闭，1=使能

⚠️ 注意：要最后配好所有东西再使能。

复制代码 
UART1->UCR1 |= (1 << 0);  // 使能 UART（最后执行）
UARTx_UCR2
位 名称 说明
bit14 IRTS 0=使用 RTS 引脚功能，1=忽略 RTS 引脚
bit8 PREN 奇偶校验使能位：0=关闭，1=使能
bit7 PROE 奇偶校验模式选择：0=偶校验，1=奇校验
bit6 STOP 停止位数量：0=1位，1=2位
bit5 WS 数据位长度：0=7位，1=8位
bit2 TXEN 发送使能位：0=关闭，1=打开
bit1 RXEN 接收使能位：0=关闭，1=打开
bit0 SRST 软件复位：0=软件复位 UART，1=复位完成（自动置1）
复制代码 
UART1->UCR2 &= ~(1 << 0);   // 软件复位
delay_us(1);
unsigned int tmp = UART1->UCR2;
tmp |= (1 << 14);             // 忽略 RTS
tmp &= ~(1 << 8);             // 关闭奇偶校验
tmp &= ~(1 << 6);             // 1 位停止位
tmp |= (1 << 5);              // 8 位数据位
tmp |= (1 << 2);              // 使能发送
tmp |= (1 << 1);              // 使能接收
UART1->UCR2 = tmp;
UARTx_UCR3

该寄存器的第二位 RXDMUXSEL 必须始终为 1（手册规定）

位 名称 说明
bit3 TXDC 发送完成标志位：为1时发送缓冲(TxFIFO)和移位寄存器为空（发送完成），写入TxFIFO后自动清零
bit0 RDR 数据接收标志位：为1时表明至少接收到一个数据，读取 UARTx_URXD 后自动清零
复制代码 
UART1->UCR3 |= (1 << 2);  // RXDMUXSEL 置 1

3. 波特率配置

工作频率计算：

  • PLL3 时钟 480MHz → 静态 6 分频 → 80MHz
  • UART 自身分频器由 UARTx_UFCR[(bit9~bit7)] 决定 → 需要 1分频 ，即 b101

波特率计算公式：

复制代码 
(UBMR + 1) / (UBIR + 1) = RefFreq / (16 × BaudRate)
  • RefFreq：UART 实际工作频率（80MHz）
  • BaudRate：波特率
  • UBMR：寄存器 UARTx_UBMR 中的值
  • UBIR：寄存器 UARTx_UBIR 中的值

例：波特率 115200，工作频率 80MHz：

  • 右边 = 80000000 / (16 × 115200) = 43.402

  • 设 (UBIR+1) = 1000，则 (UBMR+1) = 43402

  • 所以 UBIR = 999，UBMR = 43401

    tmp = UART1->UFCR;
    tmp &= ~(0x7 << 7); // 清除分频位
    tmp |= (0x5 << 7); // 设置 1 分频（b101）
    UART1->UFCR = tmp;

    UART1->UBIR = 999;
    UART1->UBMR = 43404; // 实际代码中用 43404

4. 读写函数

UARTx_USR2（UART 状态寄存器2）
位 名称 说明
bit3 TXDC 发送完成标志位，为1时发送缓冲和移位寄存器为空
bit0 RDR 数据接收标志位，为1时至少接收到一个数据
写函数（JTXD：写数据寄存器）
复制代码 
void uart_send_byte(UART_Type * base, unsigned char data)
{
    while(!(base->USR2 & (1 << 3)));  // 等待发送完成（第3位为1则跳出）
    base->UTXD = data;
}
读函数（URXD：读数据寄存器）
复制代码 
unsigned char uart_recv_byte(UART_Type * base)
{
    unsigned char data = 0;
    while(!(base->USR2 & (1 << 0)));  // 等待接收到数据（第0位为1则跳出）
    data = base->URXD & 0xff;         // 只取低8位（有效数据）
    return data;
}

注意 ：data = UART1->URXD & 0xff ，因为只有低八位才是有效数据。

三、完整 uart.c 代码

复制代码 
#include "MCIMX6Y2.h"
#include "fsl_iomuxc.h"
#include "uart.h"
#include "gpt.h"

void uart_init(UART_Type * base)
{
    if (base == UART1)
    {
        IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0);
        IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0);
        IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_RX_DATA_UART1_RX, 0x10b0);
        IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_TX_DATA_UART1_TX, 0x10b0);
    }
    else if(base == UART2)
    {
        IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_RX_DATA_UART2_RX, 0);
        IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_TX_DATA_UART2_TX, 0);
        IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_RX_DATA_UART2_RX, 0x10b0);
        IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_TX_DATA_UART2_TX, 0x10b0);
    }

    base->UCR2 &= ~(1 << 0);    // 软件复位
    delay_us(1);
    unsigned int tmp = base->UCR2;
    tmp |= (1 << 14);            // 忽略 RTS
    tmp &= ~(1 << 8);            // 关闭奇偶校验
    tmp &= ~(1 << 6);            // 1 位停止位
    tmp |= (1 << 5);             // 8 位数据位
    tmp |= (1 << 2);             // 使能发送
    tmp |= (1 << 1);             // 使能接收
    base->UCR2 = tmp;

    base->UCR3 |= (1 << 2);     // RXDMUXSEL 置 1

    tmp = base->UFCR;
    tmp &= ~(0x7 << 7);
    tmp |= (0x5 << 7);           // 1 分频
    base->UFCR = tmp;

    base->UBIR = 999;
    base->UBMR = 43404;

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

void uart_send_byte(UART_Type * base, unsigned char data)
{
    while(!(base->USR2 & (1 << 3)));
    base->UTXD = data;
}

unsigned char uart_recv_byte(UART_Type * base)
{
    unsigned char data = 0;
    while(!(base->USR2 & (1 << 0)));
    data = base->URXD & 0xff;
    return data;
}

四、格式化输入输出（printf/scanf 移植）

移植原理

将 printf 和 scanf 函数映射到 UART1 上，之后用串口调试助手等软件就可以非常方便地和开发板通信。

  • 配套资料中的 stdio 文件夹里的文件是要移植的源码（从 uboot 移植）
  • stdio 中并没有实现完整版的格式化函数，比如 printf 不支持浮点数，但基本够用

移植步骤（修改项）

  1. 在 uart.c 中添加函数 ：void raise(int n); 函数体为空即可，否则会报错

  2. 汇编文件扩展名改大写 ：start.s → start.S

    • S 会先做预处理，再进行编译；s 则省略预处理步骤

  3. Makefile 修改：由于增加了新的源码和头文件，Makefile 需要更新

  4. 所有引用 .s 的地方改成 .S

  5. 编译选项增加 ：-Wa,-mimplicit-it=thumb --nostdlib，否则报错 thumb conditional instruction should be in IT block

  6. 增加源程序路径和头文件路径，并添加链接目录

如果报错缺少 putc 和 getc，自己写：

复制代码 
void putc(unsigned char data)
{
    while(!(UART1->USR2 & (1 << 3)));
    UART1->UTXD = data;
}

unsigned char getc(void)
{
    unsigned char data = 0;
    while(!(UART1->USR2 & (1 << 0)));
    data = UART1->URXD & 0xff;
    return data;
}

五、Makefile

复制代码 
target = uart

cross_compiler = arm-linux-gnueabihf-

cc = $(cross_compiler)gcc
ld = $(cross_compiler)ld
objcopy = $(cross_compiler)objcopy
objdump = $(cross_compiler)objdump

incdirs = bsp sdk stdio/include
srcdirs = bsp project stdio/lib

include = $(patsubst %, -I%, $(incdirs))

cfiles = $(foreach dir, $(srcdirs), $(wildcard $(dir)/*.c))
sfiles = $(foreach dir, $(srcdirs), $(wildcard $(dir)/*.S))

cfilenodir = $(notdir $(cfiles))
sfilenodir = $(notdir $(sfiles))

cobjs = $(patsubst %, obj/%, $(cfilenodir:.c=.o))
sobjs = $(patsubst %, obj/%, $(sfilenodir:.S=.o))

objs = $(cobjs) $(sobjs)
VPATH = $(srcdirs)

gcc_lib = -lgcc -L /home/linux/tools/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4

$(target).bin : $(objs)
	$(ld) -Timx6ull.lds -o$(target).elf $^ $(gcc_lib)
	$(objcopy) -O binary -S -g $(target).elf $@
	$(objdump) -D $(target).elf > $(target).dis

$(sobjs) : obj/%.o : %.S
	@mkdir -p obj
	$(cc) -Wa,-mimplicit-it=thumb -nostdlib -fno-builtin -c $(include) -o $@ $<

$(cobjs) : obj/%.o : %.c
	@mkdir -p obj
	$(cc) -Wa,-mimplicit-it=thumb -nostdlib -fno-builtin -c $(include) -o $@ $<

.PHONY : clean
clean:
	rm -rf $(objs) $(target).elf $(target).bin $(target).dis

load:
	./imxdownload ./$(target).bin /dev/sdb

六、main.c 实战：串口命令控制 LED 和蜂鸣器

复制代码 
#include "MCIMX6Y2.h"
#include "beep.h"
#include "clk.h"
#include "core_ca7.h"
#include "epit.h"
#include "fsl_iomuxc.h"
#include "gpt.h"
#include "irq.h"
#include "key.h"
#include "led.h"
#include "stdio.h"
#include "uart.h"

int main(void)
{
    char data[50] = {0};

    clk_init();
    led_init();
    beep_init();
    gpt1_init();
    uart_init(UART1);

    while (1)
    {
        printf("input ur command:");
        scanf("%s", data);

        if (strncmp(data, "ledon", 5) == 0)
        {
            led_on();
            printf("open led already\r\n");
        }
        else if (strncmp(data, "ledoff", 6) == 0)
        {
            led_off();
            printf("close led already\r\n");
        }
        else if (strncmp(data, "beepon", 6) == 0)
        {
            beep_on();
            printf("open beep already\r\n");
        }
        else if (strncmp(data, "beepoff", 7) == 0)
        {
            beep_off();
            printf("close beep already\r\n");
        }
        else
        {
            printf("invalid command\r\n");
        }
    }

    return 0;
}

效果 ：下载后通过串口调试助手输入命令（ledon/ledoff/beepon/beepoff），开发板即可响应控制。

七、关键寄存器速查表

寄存器 位 功能
CCM_CSCDR1 UART_CLK_SEL 时钟源选择（0=pll3_80m，1=osc_clk）
CCM_CSCDR1 UART_CLK_PODF 时钟分频（0~63 → 1~64分频）
UCR1 bit0 UARTEN UART 使能
UCR1 bit14 ADBR 自动波特率检测使能
UCR2 bit0 SRST 软件复位
UCR2 bit1 RXEN 接收使能
UCR2 bit2 TXEN 发送使能
UCR2 bit5 WS 数据位（0=7位，1=8位）
UCR2 bit6 STOP 停止位（0=1位，1=2位）
UCR2 bit7 PROE 奇偶校验模式（0=偶，1=奇）
UCR2 bit8 PREN 奇偶校验使能
UCR2 bit14 IRTS RTS忽略位
UCR3 bit2 RXDMUXSEL 必须始终为1
UCR3 bit3 TXDC 发送完成标志
UCR3 bit0 RDR 数据接收标志
UFCR bit9~bit7 UART 自身分频器
UBIR - 波特率计算分子
UBMR - 波特率计算分母
USR2 bit3 TXDC 发送完成标志（写函数轮询）
USR2 bit0 RDR 数据接收标志（读函数轮询）
UTXD - 发送数据寄存器
URXD - 接收数据寄存器（只取低8位）
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