Harmony鸿蒙南向驱动开发-UART接口使用

功能简介

UART指异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),是通用串行数据总线,用于异步通信。该总线双向通信,可以实现全双工传输。

两个UART设备的连接示意图如下,UART与其他模块一般用2线(图1)或4线(图2)相连,它们分别是:

  • TX:发送数据端,和对端的RX相连。

  • RX:接收数据端,和对端的TX相连。

  • RTS:发送请求信号,用于指示本设备是否准备好,可接受数据,和对端CTS相连。

  • CTS:允许发送信号,用于判断是否可以向对端发送数据,和对端RTS相连。

图 1 2线UART设备连接示意图

2线UART设备连接示意图

图 2 4线UART设备连接示意图

4线UART设备连接示意图

UART通信之前,收发双方需要约定好一些参数:波特率、数据格式(起始位、数据位、校验位、停止位)等。通信过程中,UART通过TX发送给对端数据,通过RX接收对端发送的数据。当UART接收缓存达到预定的门限值时,RTS变为不可发送数据,对端的CTS检测到不可发送数据,则停止发送数据。

UART接口定义了操作UART端口的通用方法集合,包括:

  • 打开/关闭UART设备

  • 读写数据

  • 设置/获取UART设备波特率

  • 设置/获取UART设备属性

基本概念

  • 异步通信

    异步通信中,数据通常以字符或者字节为单位组成字符帧传送。字符帧由发送端逐帧发送,通过传输线被接收设备逐帧接收。发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收,这两个时钟源彼此独立,互不同步。异步通信以一个字符为传输单位,通信中两个字符间的时间间隔是不固定的,然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。

  • 全双工传输(Full Duplex)

    此通信模式允许数据在两个方向上同时传输,它在能力上相当于两个单工通信方式的结合。全双工可以同时进行信号的双向传输。

运作机制

在HDF框架中,UART接口适配模式采用独立服务模式(如图3所示)。在这种模式下,每一个设备对象会独立发布一个设备服务来处理外部访问,设备管理器收到API的访问请求之后,通过提取该请求的参数,达到调用实际设备对象的相应内部方法的目的。独立服务模式可以直接借助HDF设备管理器的服务管理能力,但需要为每个设备单独配置设备节点,增加内存占用。

独立服务模式下,核心层不会统一发布一个服务供上层使用,因此这种模式下驱动要为每个控制器发布一个服务,具体表现为:

  • 驱动适配者需要实现HdfDriverEntry的Bind钩子函数以绑定服务。

  • device_info.hcs文件中deviceNode的policy字段为1或2,不能为0。

UART模块各分层作用:

  • 接口层提供打开UART设备、UART设备读取指定长度数据、UART设备写入指定长度数据、设置UART设备波特率、获取设UART设备波特率、设置UART设备属性、获取UART设备波特率、设置UART设备传输模式、关闭UART设备的接口。

  • 核心层主要提供UART控制器的创建、移除以及管理的能力,通过钩子函数与适配层交互。

  • 适配层主要是将钩子函数的功能实例化,实现具体的功能。

图 3 UART独立服务模式结构图

UART独立服务模式结构图

约束与限制

UART模块UartSetTransMode接口设置传输模式在Linux中不支持,仅为空实现。

使用指导

场景介绍

UART模块应用比较广泛,主要用于实现设备之间的低速串行通信,例如输出打印信息,当然也可以外接各种模块,如GPS、蓝牙等。

接口说明

UART模块提供的主要接口如表1所示,具体API详见//drivers/hdf_core/framework/include/platform/uart_if.h。

表 1 UART驱动API接口功能介绍

接口名接口描述
DevHandle UartOpen(uint32_t port)UART获取设备句柄
void UartClose(DevHandle handle)UART释放设备句柄
int32_t UartRead(DevHandle handle, uint8_t *data, uint32_t size)从UART设备中读取指定长度的数据
int32_t UartWrite(DevHandle handle, uint8_t *data, uint32_t size)向UART设备中写入指定长度的数据
int32_t UartGetBaud(DevHandle handle, uint32_t *baudRate)UART获取波特率
int32_t UartSetBaud(DevHandle handle, uint32_t baudRate)UART设置波特率
int32_t UartGetAttribute(DevHandle handle, struct UartAttribute *attribute)UART获取设备属性
int32_t UartSetAttribute(DevHandle handle, struct UartAttribute *attribute)UART设置设备属性
int32_t UartSetTransMode(DevHandle handle, enum UartTransMode mode)UART设置传输模式

说明:
本文涉及的UART所有接口,支持内核态及用户态使用。

开发步骤

使用UART的一般流程如下图所示。

图 4 UART使用流程图

UART使用流程图

获取UART设备句柄

在使用UART进行通信时,首先要调用UartOpen获取UART设备句柄,该函数会返回指定端口号的UART设备句柄。

DevHandle UartOpen(uint32_t port);

表 2 UartOpen参数和返回值描述

参数参数描述
portuint32_t类型,UART设备号
返回值返回值描述
NULL获取UART设备句柄失败
设备句柄UART设备句柄

假设系统中的UART端口号为1,获取该UART设备句柄的示例如下:

DevHandle handle = NULL;    // UART设备句柄
uint32_t port = 1;          // UART设备端口号handle = UartOpen(port);
if (handle == NULL) {HDF_LOGE("UartOpen: open uart_%u failed!\n", port);return;
}
UART设置波特率

在通信之前,需要设置UART的波特率,设置波特率的函数如下所示:

int32_t UartSetBaud(DevHandle handle, uint32_t baudRate);

表 3 UartSetBaud参数和返回值描述

参数参数描述
handleDevHandle类型,UART设备句柄
baudRateuint32_t类型,待设置的波特率值
返回值返回值描述
HDF_SUCCESSUART设置波特率成功
负数UART设置波特率失败

假设需要设置的UART波特率为9600,设置波特率的实例如下:

int32_t ret;ret = UartSetBaud(handle, 9600);    // 设置UART波特率
if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartSetBaud: failed, ret %d\n", ret);return ret;
}
UART获取波特率

设置UART的波特率后,可以通过获取波特率接口来查看UART当前的波特率,获取波特率的函数如下所示:

int32_t UartGetBaud(DevHandle handle, uint32_t *baudRate);

表 4 UartGetBaud参数和返回值描述

参数参数描述
handleDevHandle类型,UART设备句柄
baudRateuint32_t类型指针,用于接收波特率的值
返回值返回值描述
HDF_SUCCESSUART获取波特率成功
负数UART获取波特率失败

获取波特率的实例如下:

int32_t ret;
uint32_t baudRate;ret = UartGetBaud(handle, &baudRate);    // 获取UART波特率
if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartGetBaud: failed, ret %d\n", ret);return ret;
}
UART设置设备属性

在通信之前,需要设置UART的设备属性,设置设备属性的函数如下所示:

int32_t UartSetAttribute(DevHandle handle, struct UartAttribute *attribute);

表 5 UartSetAttribute参数和返回值描述

参数参数描述
handleDevHandle类型,UART设备句柄
attribute结构体指针,待设置的设备属性
返回值返回值描述
HDF_SUCCESSUART设置设备属性成功
负数UART设置设备属性失败

设置UART的设备属性的实例如下:

int32_t ret;
struct UartAttribute attribute;attribute.dataBits = UART_ATTR_DATABIT_7;     // UART传输数据位宽,一次传输7个bit
attribute.parity = UART_ATTR_PARITY_NONE;     // UART传输数据无校检
attribute.stopBits = UART_ATTR_STOPBIT_1;     // UART传输数据停止位为1位
attribute.rts = UART_ATTR_RTS_DIS;            // UART禁用RTS
attribute.cts = UART_ATTR_CTS_DIS;            // UART禁用CTS
attribute.fifoRxEn = UART_ATTR_RX_FIFO_EN;    // UART使能RX FIFO
attribute.fifoTxEn = UART_ATTR_TX_FIFO_EN;    // UART使能TX FIFOret = UartSetAttribute(handle, &attribute);   // 设置UART设备属性
if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartSetAttribute: failed, ret %d\n", ret);
turn ret;
}
UART获取设备属性

设置UART的设备属性后,可以通过获取设备属性接口来查看UART当前的设备属性,获取设备属性的函数如下所示:

int32_t UartGetAttribute(DevHandle handle, struct UartAttribute *attribute);

表 6 UartGetAttribute参数和返回值描述

参数参数描述
handleDevHandle类型,UART设备句柄
attribute结构体指针,接收UART设备属性的指针
返回值返回值描述
HDF_SUCCESSUART获取设备属性成功
负数UART获取设备属性失败

获取UART的设备属性的实例如下:

int32_t ret;
struct UartAttribute attribute;ret = UartGetAttribute(handle, &attribute);    // 获取UART设备属性
if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartGetAttribute: failed, ret %d\n", ret);return ret;
}
设置UART传输模式

在通信之前,需要设置UART的传输模式,设置传输模式的函数如下所示:

int32_t UartSetTransMode(DevHandle handle, enum UartTransMode mode);

表 7 UartSetTransMode参数和返回值描述

参数参数描述
handleDevHandle类型,UART设备句柄
mode枚举类型,待设置的传输模式
返回值返回值描述
HDF_SUCCESSUART设置传输模式成功
负数UART设置传输模式失败

假设需要设置的UART传输模式为UART_MODE_RD_BLOCK,设置传输模式的实例如下:

int32_t ret;ret = UartSetTransMode(handle, UART_MODE_RD_BLOCK);    // 设置UART传输模式
if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartSetTransMode: failed, ret %d\n", ret);return ret;
}
向UART设备写入指定长度的数据

对应的接口函数如下所示:

int32_t UartWrite(DevHandle handle, uint8_t *data, uint32_t size);

表 8 UartWrite参数和返回值描述

参数参数描述
handleDevHandle类型,UART设备句柄
datauint8_t类型指针,待写入数据的
sizeuint32_t类型,待写入数据的长度
返回值返回值描述
HDF_SUCCESSUART写数据成功
负数UART写数据失败

写入指定长度数据的实例如下:

int32_t ret;
uint8_t wbuff[5] = {1, 2, 3, 4, 5};ret = UartWrite(handle, wbuff, 5);    // 向UART设备写入指定长度的数据
if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartWrite: failed, ret %d\n", ret);return ret;
}
从UART设备中读取指定长度的数据

对应的接口函数如下所示:

int32_t UartRead(DevHandle handle, uint8_t *data, uint32_t size);

表 9 UartRead参数和返回值描述

参数参数描述
handleDevHandle类型,UART设备句柄
datauint8_t类型指针,接收读取数据
sizeuint32_t类型,待读取数据的长度
返回值返回值描述
非负数UART读取到的数据长度
负数UART读取数据失败

读取指定长度数据的实例如下:

int32_t ret;
uint8_t rbuff[5] = {0};ret = UartRead(handle, rbuff, 5);    // 从UART设备读取指定长度的数据
if (ret < 0) {HDF_LOGE("UartRead: failed, ret %d\n", ret);return ret;
}

注意: UART返回值为非负值,表示UART读取成功。若返回值等于0,表示UART无有效数据可以读取。若返回值大于0,表示实际读取到的数据长度,该长度小于或等于传入的参数size的大小,并且不超过当前正在使用的UART控制器规定的最大单次读取数据长度的值。

销毁UART设备句柄

UART通信完成之后,需要销毁UART设备句柄,函数如下所示:

void UartClose(DevHandle handle);

该函数会释放申请的资源。

表 10 UartClose参数和返回值描述

参数参数描述
handleUART设备句柄

销毁UART设备句柄的实例如下:

UartClose(handle);    // 销毁UART设备句柄

使用实例

下面将基于Hi3516DV300开发板展示使用UART完整操作,步骤主要如下:

  1. 传入UART端口号num,打开端口号对应的UART设备并获得UART设备句柄。

  2. 通过UART设备句柄及设置的波特率,设置UART设备的波特率。

  3. 通过UART设备句柄及待获取的波特率,获取UART设备的波特率。

  4. 通过UART设备句柄及待设置的设备属性,设置UART设备的设备属性。

  5. 通过UART设备句柄及待获取的设备属性,获取UART设备的设备属性。

  6. 通过UART设备句柄及待设置的传输模式,设置UART设备的传输模式。

  7. 通过UART设备句柄及待传输的数据及大小,传输指定长度的数据。

  8. 通过UART设备句柄及待接收的数据及大小,接收指定长度的数据。

  9. 通过UART设备句柄,关闭UART设备。

#include "hdf_log.h"
#include "uart_if.h"static int32_t UartTestSample(void)
{int32_t ret;uint32_t port;uint32_t baud;DevHandle handle = NULL;uint8_t wbuff[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };uint8_t rbuff[5] = { 0 };struct UartAttribute attribute;attribute.dataBits = UART_ATTR_DATABIT_7;                  // UART传输数据位宽,一次传输7个bitattribute.parity = UART_ATTR_PARITY_NONE;                  // UART传输数据无校检attribute.stopBits = UART_ATTR_STOPBIT_1;                  // UART传输数据停止位为1位attribute.rts = UART_ATTR_RTS_DIS;                         // UART禁用RTSattribute.cts = UART_ATTR_CTS_DIS;                         // UART禁用CTSattribute.fifoRxEn = UART_ATTR_RX_FIFO_EN;                 // UART使能RX FIFOattribute.fifoTxEn = UART_ATTR_TX_FIFO_EN;                 // UART使能TX FIFOport = 1;                                                  // UART设备端口号,要填写实际平台上的端口号handle = UartOpen(port);                                   // 获取UART设备句柄if (handle == NULL) {HDF_LOGE("UartOpen: open uart_%u failed!\n", port);return HDF_FAILURE;}ret = UartSetBaud(handle, 9600);                           // 设置UART波特率为9600if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartSetBaud: set baud failed, ret %d\n", ret);goto ERR;}ret = UartGetBaud(handle, &baud);                          // 获取UART波特率if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartGetBaud: get baud failed, ret %d\n", ret);goto ERR;}ret = UartSetAttribute(handle, &attribute);                // 设置UART设备属性if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartSetAttribute: set attribute failed, ret %d\n", ret);goto ERR;}ret = UartGetAttribute(handle, &attribute);                // 获取UART设备属性if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartGetAttribute: get attribute failed, ret %d\n", ret);goto ERR;}ret = UartSetTransMode(handle, UART_MODE_RD_NONBLOCK);     // 设置UART传输模式为非阻塞模式if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartSetTransMode: set trans mode failed, ret %d\n", ret);goto ERR;}ret = UartWrite(handle, wbuff, 5);                         // 向UART设备写入5字节的数据if (ret != HDF_SUCCESS) {HDF_LOGE("UartWrite: write data failed, ret %d\n", ret);goto ERR;}ret = UartRead(handle, rbuff, 5);                          // 从UART设备读取5字节的数据if (ret < 0) {HDF_LOGE("UartRead: read data failed, ret %d\n", ret);goto ERR;}HDF_LOGI("%s: function tests end, %d", __func__, ret);
ERR:UartClose(handle);                                         // 销毁UART设备句柄return ret;
}

最后

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总结

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