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：
#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/RXIOMUXC_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：
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：
// 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：
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：
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：
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：
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：
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'：
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：
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）：
void raise(void)
{// 空实现，适配标准库编译
}完整的UART.C函数
#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）
#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。