18.1.2

協(xié)議層

串口通訊的數(shù)據(jù)包由發(fā)送設(shè)備通過自身的TXD接口傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備的RXD接口。在串口通訊的協(xié)議層中，規(guī)定了數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，它由啟始位、主體數(shù)據(jù)、校驗(yàn)位以及停止位組成，通訊雙方的數(shù)據(jù)包格式要約定一致才能正常收發(fā)數(shù)據(jù)，其組成見圖 19_6。

圖 19-6 串口數(shù)據(jù)包的基本組成

18.1.2.1

波特率

本章中主要講解的是串口異步通訊，異步通訊中由于沒有時(shí)鐘信號（如前面講解的DB9接口中是沒有時(shí)鐘信號的），所以兩個(gè)通訊設(shè)備之間需要約定好波特率，即每個(gè)碼元的長度，以便對信號進(jìn)行解碼，圖19_6中用虛線分開的每一格就是代表一個(gè)碼元。常見的波特率為4800、9600、115200等。

18.1.2.2

通訊的起始和停止信號

串口通訊的一個(gè)數(shù)據(jù)包從起始信號開始，直到停止信號結(jié)束。數(shù)據(jù)包的起始信號由一個(gè)邏輯0的數(shù)據(jù)位表示，而數(shù)據(jù)包的停止信號可由0.5、1、1.5或2個(gè)邏輯1的數(shù)據(jù)位表示，只要雙方約定一致即可。

18.1.2.3

有效數(shù)據(jù)

在數(shù)據(jù)包的起始位之后緊接著的就是要傳輸?shù)闹黧w數(shù)據(jù)內(nèi)容，也稱為有效數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)的長度常被約定為5、6、7或8位長。

18.1.2.4

數(shù)據(jù)校驗(yàn)

在有效數(shù)據(jù)之后，有一個(gè)可選的數(shù)據(jù)校驗(yàn)位。由于數(shù)據(jù)通信相對更容易受到外部干擾導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，可以在傳輸過程加上校驗(yàn)位來解決這個(gè)問題。校驗(yàn)方法有奇校驗(yàn)（odd）、偶校驗(yàn)（even）、0校驗(yàn)（space）、1校驗(yàn)（mark）以及無校驗(yàn)（noparity）。

奇校驗(yàn)要求有效數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，比如一個(gè)8位長的有效數(shù)據(jù)為：01101001，此時(shí)總共有4個(gè)“1”，為達(dá)到奇校驗(yàn)效果，校驗(yàn)位為“1”，最后傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將是8位的有效數(shù)據(jù)加上1位的校驗(yàn)位總共9位。

偶校驗(yàn)與奇校驗(yàn)要求剛好相反，要求幀數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，比如數(shù)據(jù)幀：11001010，此時(shí)數(shù)據(jù)幀“1”的個(gè)數(shù)為4個(gè)，所以偶校驗(yàn)位為“0”。

0校驗(yàn)是不管有效數(shù)據(jù)中的內(nèi)容是什么，校驗(yàn)位總為“0”，1校驗(yàn)是校驗(yàn)位總為“1”。

18.2

SCI簡介

SCI（Serial Communications Interface），意為串行通信接口，是相對與并行通信的概念，是串行通信技術(shù)的一種總稱，包括了UART，SPI等串行通信技術(shù)。RA6M5的SCI模塊是一個(gè)有10個(gè)通道的異步/同步串行接口，RA4M2有6個(gè)通道，RA2L1有5個(gè)通道。

SCI模塊包含如下功能（根據(jù)具體型號有所不同）：

UART

8位時(shí)鐘同步接口

簡易IIC（只能用作主機(jī)）

簡易SPI

智能卡接口（符合ISO/IEC 7816-3國際標(biāo)準(zhǔn)）

曼徹斯特接口

增強(qiáng)的串行接口

另外，RA6M5的SCI0、SCI3~SCI9有獨(dú)立的FIFO緩沖區(qū)；RA4M2的SCI0、SCI3、SCI4、SCI9有獨(dú)立的FIFO緩沖區(qū)；RA2L1僅SCI0有獨(dú)立的FIFO緩沖區(qū)。

18.3

SCI的結(jié)構(gòu)框圖

以RA6M5為例，SCI的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。接下來我們大致地研究一下它的結(jié)構(gòu)和功能。

18.3.1

功能引腳

見圖中標(biāo)注①處。

RXDn/SCLn/MISOn：

RXDn：UART接收數(shù)據(jù)輸入。

SCLn：I2C時(shí)鐘信號輸入或輸出。

MISOn：SPI主機(jī)信號輸入，從機(jī)信號輸出。

TXDn/SDAn/MOSIn：

TXDn：UART發(fā)送數(shù)據(jù)輸出。

SDAn：I2C數(shù)據(jù)輸入或輸出。

MOSIn：SPI從機(jī)信號輸入，主機(jī)信號輸出。

SSn/CTSn_RTSn：

SSn：片選信號輸入，低電平有效。

CTSn_RTSn：清除以發(fā)送（Clear to Send）或請求以發(fā)送（Request to Send）。低電平有效。如果使能RTS流控制，當(dāng)UART接收器準(zhǔn)備好接收新數(shù)據(jù)時(shí)就會將RTS變成低電平；當(dāng)接收寄存器已滿時(shí)，RTS將被設(shè)置為高電平。如果使能CTS流控制，發(fā)送器在發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)之前會檢測CTS引腳，如果為低電平，表示可以發(fā)送數(shù)據(jù)，如果為高電平則在發(fā)送完當(dāng)前數(shù)據(jù)幀之后停止發(fā)送，該引腳只適用于硬件流控制。

CTSn（n = 0，3 to 9）：

清除以發(fā)送（Clear to Send），適用于硬件流控制。

SCKn：

時(shí)鐘輸出或輸入引腳，適用于同步通信。

18.3.2

發(fā)送和接收控制

見圖中標(biāo)注②處。

通信模式和通信參數(shù)設(shè)置。

FIFO模式設(shè)置。

波特率生成器的時(shí)鐘輸入選擇。

18.3.3

數(shù)據(jù)寄存器和移位寄存器

見圖中標(biāo)注③處。

RSR接收移位寄存器將RXDn引腳接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為并行數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到一幀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會被自動傳入RDR/RDRHL或FRDRHL寄存器（在FIFO模式下），并允許RSR繼續(xù)接收更多數(shù)據(jù)，CPU無法直接訪問RSR。

TSR傳輸移位寄存器用于傳輸串行數(shù)據(jù)。要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，SCI首先自動將數(shù)據(jù)從TDR/TDRHL或FTDRHL寄存器（在FIFO模式下）傳入到TSR中，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到TXDn引腳，CPU無法直接訪問TSR。

18.3.4

波特率發(fā)生器

見圖中標(biāo)注④處。

用于控制波特率，具體由BRR（Bit Rate Rigister），MDDR（Modulation Duty Register）和SMR（Serial Mode Register）寄存器控制。SMR在這里對波特率生成器的輸入時(shí)鐘進(jìn)行選擇，可以選擇PCLK，PCLK/4，PCLK/16，PCLK/64，即PCLK/4n（n=0-3）。