嵌入式系统中异步串口通信的数据帧提取与校验

嵌入式编程中的异步串口通信第一章前言嵌入式编程是指在微控制器、单片机、嵌入式处理器等嵌入式系统中开发应用程序的一种软件开发方式。

在嵌入式系统中，串口通信是一种非常常见的通信方式。

而异步串口通信则是一种常用的串口通信方式，并且其在嵌入式系统中应用非常广泛，因此本文将就嵌入式编程中的异步串口通信进行详细的探讨。

第二章异步串口通信的基础知识异步串口通信是指每个字节之间没有固定的时间间隔，而是通过起始位、数据位、校验位、停止位四个元素来标识一个数据帧的开端和结尾，并且每个数据帧之间都是独立的。

异步串口通信相较同步串口通信而言，这种通信方式的实现成本较低，因此应用广泛。

异步串口通信这这四个元素的意义：1. 起始位：表示数据帧的开始，通常为逻辑低电平；2. 数据位：表示每一个字符的长度，一般可以是5、6、7、8位；3. 校验位：用于检测数据传输过程中是否发生错误；4. 停止位：表示数据帧的结束，通常为逻辑高电平。

需要注意的是，异步串口通信不能在两台计算机之间进行通信，因为两台计算机的时钟不同，会产生较多的误差，导致信号解析不准确。

第三章异步串口通信的实现方法在嵌入式编程中要实现异步串口通信，通常需要使用到中断、轮询两种方式，本文将就这两种方式进行详细的介绍。

3.1 中断方式中断方式是指当接收到一个字符之后，CPU会暂停当前正在运行的程序，转而执行中断服务程序。

中断服务程序就是在接收到字符之后，在中断中处理接收到字符的操作。

使用中断方式实现异步串口通信可以大大提升程序的效率，而且还可以减少程序的耦合度。

使用中断方式实现异步串口通信需要调用中断服务函数，并将其注册到对应的中断向量上，以实现中断函数的执行。

3.2 轮询方式轮询方式是指程序通过不断地查询串口缓冲区是否有数据，来实现数据的接收和发送。

这种方式比较容易实现，但是由于需要不断地查询缓冲区，因此会占用较大的CPU时间。

在实时性要求较高的系统中，轮询方式并不适用。

简要说明异步串行通信的帧格式。

异步串行通信是通过一条串联的线路来传输数据的方式。

因为串口通信传输的信号线只有一个，所以异步串行通信需要通过传输的数据的特定格式来区分数据的传输。

这种方式是非常常见的，例如现在手机、电脑、家电等设备都使用这种通信方式。

异步串行通信的帧格式包括起始位、数据位、校验位和停止位四个部分。

1.起始位：异步串行通信每次数据传输都需要有一个起始位，通常情况下为1个低电平信号。

起始位是为了让接收端分辨传输的数据的开头位置。

2.数据位：数据位是该帧所传着的实际数据内容。

在异步串行通信方式中，每个数据位通过二进制的方式来传输，通常为8位或9位。

当数据位是9位时，最高位为奇偶校验位。

3.校验位：数据传输过程中，由于一些不可预知的原因，有可能会出现传输错误。

为了避免这种情况的发生，异步串行通信方式通常设置了奇偶校验或循环冗余校验等校验方式。

奇偶校验位是指每个数据帧中最高位为0或1，使数据帧中1的数量为偶数或奇数。

通过奇偶校验位的方式，可以检查是否出现了误码。

4.停止位：停止位是指数据帧最后一位信号。

在异步串行通信中，通常为1个高电平信号。

停止位的作用是为了告诉接收端，此数据帧已结束。

例如，一个常用的异步串行通信帧格式为8N1，即该帧由8位数据位、无奇偶校验位、1位停止位所组成。

因此，每个数据帧在传输过程中，都包含了起始位、8位数据位、无校验位、1位停止位，总共10位数据内容。

这种帧格式可以支持传输大多数的串行通信数据内容。

异步串行通信帧格式是一种通信方式，它在很多设备或系统中得到广泛的应用。

了解异步串行通信帧格式的基础知识，可以为大家更好地理解串口通信、网络通信、蓝牙通信等数据传输技术，有助于更好地使用和开发各种通信设备或协议。

《微处理器与嵌入式系统设计》期末复习题及答案第一章嵌入式系统概述嵌入式系统的共性：特定的使用场合或工作环境，是某个大型系统的一部分，完成一个具体的功能，专用性强，应用于特定的平台；功耗低，且一般要求高实时性和高可靠性，系统程序一般都是固化在内存中，以提高运行速度和可靠性；功能单一，模块的设计和实现较为简单；人机交互界面简单；开发时往往有上位机和下位机或主机和目标机的概念，主机用于程序的开发，目标机作为最后的执行机，开发时需要交替结合进行。

MCU：Micro Control Unit，嵌入式微控制器（俗称单片机），把CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O、中断系统、定时器/计时器、各种功能外设等资源集成到一个芯片上的微型计算机系统。

MPU：Micro Processor Unit，嵌入式微处理器。

MPU是由通用计算机中的CPU（微处理器）演变而来，可以理解为增强版的CPU，即不带外围功能器件。

ARM：是一家公司，也是一类技术和产品的统称。

ARM公司设计的芯片主要涉及嵌入式移动设备领域，指令集更加紧凑简单，功耗和成本更低，在移动消费电子领域占据着很大的市场份额。

嵌入式系统开发流程：需求分析、系统总体设计、系统软硬件设计、系统测试第二章ARM Cortex-M3内核与STM32微控制器ARM存储模式（2种）小端模式：数据的低字节存放在内存低地址处，数据的高字节存放在内存高地址处。

大端模式：数据的高字节存放在内存低地址处，数据的低字节存放在内存高地址处。

注意书上的相关例子！ARM指令集架构系统设计有两种方式：RISC（Reduced Instruction Set Computer）精简指令集计算机CISC（Complex Instruction Set Computer）复杂指令集计算机流水线技术：每条指令分解为多步，并让各步操作重叠，从而实现几条指令并行处理的技术，称为流水线技术。

ARM Cortex-M3微控制器采用的三级流水线：取指—译码—执行流水线的技术指标通常用吞吐率、加速比和效率三项指标来衡量。

嵌入式系统中的通信协议分析与调试方法嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，通常被嵌入到其他设备或系统中，以实现特定的功能。

在嵌入式系统中，通信协议的设计和调试至关重要，因为它直接影响着系统的性能和稳定性。

本文将介绍嵌入式系统中常见的通信协议分析与调试方法。

首先，通信协议分析是指对系统内部和外部通信协议进行深入研究和分析，以确保其正确性和稳定性。

通信协议一般由数据格式、通信规则和协议栈组成。

为了对通信协议进行分析，可以使用以下方法：1. 协议分析器：协议分析器是一种软件或硬件工具，用于捕获和分析通信协议的数据包。

通过协议分析器，可以查看通信数据包的结构、字段和值，并识别协议中的错误或异常情况。

常见的协议分析器包括Wireshark、tcpdump等。

2. 数据流分析：数据流分析是通过对通信数据流进行统计和模式识别，来发现潜在的问题或异常。

通过分析数据流，可以了解通信的频率、时序和数据量等特征，从而确定通信协议的性能瓶颈和潜在故障。

数据流分析可以通过自定义脚本或专门的数据分析工具来实现。

3. 协议仿真：协议仿真是通过模拟通信环境和数据流，来验证通信协议的正确性和性能。

通过建立虚拟的通信环境，可以测试通信协议在不同网络条件下的表现，并通过一系列的评估指标来衡量协议的性能。

常见的协议仿真工具有NS-2、Omnet++等。

其次，通信协议调试是指在嵌入式系统开发过程中，及时发现和修复通信协议的问题和错误。

通信协议调试主要关注以下几个方面：1. 日志和调试信息：在嵌入式系统中，通信协议的运行状态和错误信息可以通过日志和调试信息输出。

通过打印相关信息，可以追踪程序的执行流程和数据变化，识别潜在的问题和错误。

在调试时，可以使用调试工具来查看和分析日志和调试信息。

2. 断点调试：断点调试是指在程序的特定位置设置断点，暂停程序的执行，并观察和分析当前代码的状态和变量的值。

通过断点调试，可以逐步执行和调试程序，定位通信协议的问题所在。

嵌⼊式系统实验—通⽤异步收发器（UART）实验实验五:通⽤异步收发器（UART）实验Technorati 标签: 嵌⼊式系统实验,通⽤异步收发器,UART,mini2440,arm,j-link,keil-uvision,实验报告⼀、实验⽬的1、掌握 UART 外设的操作原理和编程。

2、学习使⽤ UART 进⾏多机通讯。

⼆、实验设备1、硬件：PC 机⼀台、Mini2440 ARM 实验板⼀套 J-link 仿真器⼀套2、软件：WindowsXP 系统，Keil uVision 4.0 集成开发环境三、实验内容（1）使⽤ C 语⾔编写 UART 基本收发数据程序，进⾏ 2 个实验板之间的数据收发测试。

（2）⽤两个实验板模拟嵌⼊式控制系统中的数据采集/控制实验，其中⼀个实验板模拟数据采集模块，将通过UART 返回数据；另⼀块实验板模拟控制系统的主机，通过 UART 采集数据，并通过 UART 发出控制指令。

四、实验预习要求(1)学习 UART 相关的原理概念；(2)查阅 S3C2440 芯⽚⼿册，了解 UART0 结构和原理。

五、实验步骤(1)启动 Keil uVision，新建⼀个⼯程ex05。

不需要系统提供的 Startup ⽂件。

建⽴汇编源⽂件 ex05.s，编写实验程序，然后添加到⼯程中。

设置⼯程选项，存储器映射。

设置⼯程调试选项。

建⽴仿真初始化⽂件 RAM.ini。

(2)建⽴ C 语⾔源⽂件 main.c，编写实验程序，然后添加到⼯程中。

(3)使⽤交叉串⼝电缆连接两个实验板。

(4)编译程序，使⽤仿真器在⽬标板上调试运⾏程序，使⽤单步、设置断点，观察程序执⾏时，收发数据的值。

六、实验程序C 语⾔实验程序见程序清单 5。

程序清单 4.1 UART 实验程序// Uart0#define WrUTXH0(ch) (*(volatile unsigned char *)0x50000020)=(unsigned char)(ch)#define RdURXH0() (*(volatile unsigned char *)0x50000024)#define rULCON0 (*(volatile unsigned *)0x50000000) //UART 0 Line control#define rUCON0 (*(volatile unsigned *)0x50000004) //UART 0 Control#define rUFCON0 (*(volatile unsigned *)0x50000008) //UART 0 FIFO control#define rUMCON0 (*(volatile unsigned *)0x5000000c) //UART 0 Modem control#define rUTRSTAT0 (*(volatile unsigned *)0x50000010) //UART 0 Tx/Rx status#define rUERSTAT0 (*(volatile unsigned *)0x50000014) //UART 0 Rx error status#define rUFSTAT0 (*(volatile unsigned *)0x50000018) //UART 0 FIFO status#define rUMSTAT0 (*(volatile unsigned *)0x5000001c) //UART 0 Modem status#define rUBRDIV0 (*(volatile unsigned *)0x50000028) //UART 0 Baud rate divisor#define rGPHCON (*(volatile unsigned *)0x56000070) //Port H control#define rGPHUP (*(volatile unsigned *)0x56000078) //Pull-up control H//PCLK:12MHz#define PCLK 12000000//( (int)(pclk/16./baud+0.5) -1 )#define baud_value 12 //57600void Uart_Init(){int i;rUFCON0 = 0x0; //UART channel 0 FIFO control register, FIFO disablerUMCON0 = 0x0; //UART chaneel 0 MODEM control register, AFC disablerULCON0 = 0x3; //Line control register : Normal,No parity,1 stop,8 bits// [10] [9] [8] [7] [6] [5] [4] [3:2] [1:0]// Clock Sel, Tx Int, Rx Int, Rx Time Out, Rx err, Loop-back, Send break, TransmitMode, Receive Mode// 0 1 0 , 0 1 0 0 ,01 01// PCLK Level Pulse Disable Generate Normal NormalInterrupt or PollingrUCON0 = 0x245; // Control registerrUBRDIV0= baud_value; //Baud rate divisior register 0for(i=0;i<100;i++);rGPHCON |= 0xaa;//use GPH port as uart0rGPHUP =0x0f;//the pull up function is disabled}void Uart_SendByte(int data){WrUTXH0(data);char Uart_Getch(void){while(!(rUTRSTAT0 & 0x1)) //Receive data readyreturn RdURXH0();}main(){char c = 'a';Uart_Init();Uart_SendByte(c);while(1){c = Uart_Getch();c++;Uart_SendByte(c);}七、实验现象两块实验板在接收指令处设断点，然后实验板1全速运⾏，实验板2接着全速运⾏，实验板1⾃动暂停。

嵌入式系统上的异步串口通信的实现
在嵌入式系统中，异步串口(UART)使用非常频繁，可以用于与各种外部系统(帧括PC)之间的通信。

在硬件上UART通过在每个字节的传输中插入开始位和停止位，保证接收端可以正确地找到字节的开始和结束，同时也可以通过插入奇偶校验位，让接收端检验收到的字节是否正确。

而且，由于有开始位和停止位的存在，使得字节之间可以插入任意的空闲位(与停止位同为高电平)，而不影响下一个字节的正常传输。

因此，UART硬件保证了每个字节的正确传输，并可以有效检出字节传输的错误。

但并不保证一串字节的正确传输，这需要软件来完成。

从软件的角度来看，所有的通信都是一串字节(叫做数据帧)的连续传输。

软件需要采用适当的机制来保证接收端能够正确识别出一个完整的数据帧、能够检查接收到的数据帧是正确的、在传输发生错误时有合适的恢复机制。

为此就需要定义一个合适的数据帧格式。

数据帧的提取
为了识别出一个完整的数据帧，基本上有两个机制：一是在软件上规定字节之间的间隔最大值，一旦两个字节间的间隔超过某个阈值，就认为一个数据帧结束;另一种机制不对字节间的间隔作规定，而是用特殊的字节来定义数据报的开始和结束，当收到该特殊字节时，就认为一个数据帧的传输已完成。

采用第一种机制的，比如Modbus-RTU。

就是规定了同一个数据帧的字节间隔不能大于1.5个字节的传输时间，一旦大于该间隔，则认为前一个帧的传输已经结束，或者出错。

同时为了保证不同数据帧之间有足够的间隔，还规定了两个数据帧之间最少插入3.5个字节的空闲位。

下第二种机制需要选用一个特殊字节作为帧头帧尾(也可以给帧头帧尾选用不同的字节)，比如。

uart串口工作原理UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种通用异步收发器，它是串行通信中常用的一种方式。

UART串口的工作原理是通过发送和接收数据帧来实现数据的传输。

UART串口通信的基本原理是将要发送的数据按照一定的格式进行编码，然后通过串口发送出去；接收端接收到数据后，按照相同的格式进行解码，得到原始数据。

UART串口通信的数据帧一般包括起始位、数据位、校验位和停止位。

具体地，UART串口的工作过程如下：1. 起始位：当发送端要发送数据时，首先发送一个低电平的起始位来表示数据帧的开始。

起始位的作用是告诉接收端数据的传输即将开始。

2. 数据位：起始位之后就是要发送的数据位。

数据位的数量可以是5、6、7或8个，表示数据位的位数。

一般情况下，数据位的位数是8，即一个字节。

3. 校验位：数据位之后可以有一个校验位。

校验位的作用是用来检测数据传输过程中的错误。

常见的校验方式有奇偶校验和校验和两种。

奇偶校验是指校验位的值使得数据位的位数为奇数或偶数；校验和是指校验位的值使得数据位和校验位的和为一个固定值。

4. 停止位：校验位之后是一个或多个停止位。

停止位的作用是告诉接收端数据帧的结束。

通常情况下，停止位是一个高电平的信号。

在UART串口通信中，发送端和接收端的波特率必须一致。

波特率是指数据传输的速率，也就是每秒钟传输的比特数。

常见的波特率有9600、19200、38400等。

UART串口通信的优点是简单、易用，而且适用于各种不同的应用场景。

它在嵌入式系统、通信设备、传感器等领域中得到广泛应用。

总结一下，UART串口是一种通用异步收发器，通过发送和接收数据帧来实现数据的传输。

它的工作原理是将要发送的数据按照一定的格式进行编码，然后通过串口发送出去；接收端接收到数据后，按照相同的格式进行解码，得到原始数据。

UART串口通信的数据帧一般包括起始位、数据位、校验位和停止位。

UART串口通信协议1. 介绍UART（全称Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是一种常用的串口通信协议，用于在数字系统中进行异步通信。

UART协议通过在数据中插入起始位、停止位和校验位来实现数据的传输和校验。

本文档将详细介绍UART的工作原理、通信流程、数据帧格式以及常见应用场景。

2. 工作原理UART通信协议使用一对线路进行数据的传输，包括一条用于发送数据的线路（称为Tx线路）和一条用于接收数据的线路（称为Rx线路）。

在传输数据之前，发送端和接收端必须约定好通信参数，如波特率、数据位宽、校验位和停止位等。

通过发送和接收数据时的电平变化，UART可以实现异步的数据传输。

UART的工作原理可以总结为以下几个步骤： - 发送端将要发送的数据按照一定的格式组织成一帧数据。

- 发送端发送起始位，通知接收端数据的开始。

- 发送端按照约定的波特率，将数据位逐位发送。

- 发送端发送校验位，用于校验数据的正确性。

- 发送端发送停止位，标志一帧数据的结束。

- 接收端接收起始位，开始接收数据。

- 接收端按照约定的波特率，逐位接收数据位。

- 接收端接收校验位，校验数据的正确性。

- 接收端接收停止位，结束接收数据。

3. 通信流程UART通信协议的通信流程包括以下几个步骤： 1. 发送端准备要发送的数据，并按照事先约定好的格式组织成数据帧。

2. 发送端将起始位设为逻辑低电平，发送给接收端，通知接收端数据的开始。

3. 发送端按照约定的波特率，将数据位逐位发送给接收端。

4. 发送端计算并发送校验位，用于校验数据的正确性。

5. 发送端将停止位设为逻辑高电平，发送给接收端，标志一帧数据的结束。

6. 接收端接收起始位，开始接收数据。

7. 接收端按照约定的波特率，逐位接收数据位。

8. 接收端接收校验位，校验数据的正确性。

9. 接收端接收停止位，结束接收数据。

嵌入式串口接受数据实验课题研究目的和内容
嵌入式串口接收数据实验课题的研究目的是探索嵌入式系统中串口通信的原理和应用，培养学生对嵌入式系统的开发能力和问题解决能力。

具体的研究内容可以包括以下方面：
1. 串口通信原理：学习串口通信的工作原理、通信协议等基础知识。

2. 嵌入式串口编程：学习使用合适的编程语言和开发工具，实现嵌入式系统的串口接收功能。

3. 数据接收与解析：学习如何接收串口发送的数据，并对数据进行解析和处理，包括数据格式转换、数据校验等。

4. 数据存储与显示：学习将接收到的数据进行存储和显示，可以使用内部存储器、外部存储卡或者其他存储设备。

5. 串口参数配置：学习如何配置串口的波特率、数据位数、校验位、停止位等参数，以满足不同应用的需求。

6. 错误处理与调试：学习如何处理串口通信中可能出现的错误，同时熟悉使用调试工具和技巧进行故障排查。

uart通信协议UART通信协议。

UART通信协议是一种常见的串行通信协议，它被广泛应用于各种嵌入式系统和外围设备之间的数据传输。

本文将介绍UART通信协议的基本原理、工作方式以及在实际应用中的一些注意事项。

UART通信协议是一种异步串行通信协议，它通过发送和接收数据的方式来实现设备之间的通信。

在UART通信中，数据以位的形式被发送和接收，每个数据字节都包含一个起始位、数据位、校验位和停止位。

这些位的顺序和数量是由通信协议的配置参数决定的。

UART通信协议的工作方式如下，首先，发送端将数据按照一定的格式组织成数据帧，然后通过串口发送到接收端；接收端接收到数据帧后，将其解析并提取出有效的数据。

在这个过程中，发送端和接收端需要事先约定好通信协议的配置参数，包括波特率、数据位、校验位和停止位等。

在实际应用中，使用UART通信协议需要注意以下几点，首先，波特率的选择需要根据实际的通信需求来确定，通常情况下，波特率越高，数据传输速度越快，但也会增加系统的复杂度和成本。

其次，数据位、校验位和停止位的配置需要保持一致，发送端和接收端必须使用相同的配置参数才能正常通信。

最后，由于UART 通信是一种点对点的通信方式，因此在多设备通信时需要采取其他方式来实现多设备之间的通信。

总之，UART通信协议是一种简单而有效的串行通信协议，它在各种嵌入式系统和外围设备中得到了广泛的应用。

通过了解UART通信协议的基本原理和工作方式，我们可以更好地理解和应用它，从而实现设备之间的可靠通信。

在实际应用中，我们需要根据具体的通信需求来选择合适的配置参数，并严格遵守通信协议的规范，以确保数据的可靠传输。

希望本文对您理解和应用UART 通信协议有所帮助，谢谢阅读！。