Puertos Series (USART) en el microcontrolador LPC43XX con la biblioteca LPCOpen

Los periféricos USART (por sus siglas en ingles de Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) son dispositivos de comunicación serie síncrona o asíncrona, que permite conectar el microcontrolador con otros equipos, obteniendo de esta forma un método simple para comunicar o recibir datos del exterior.

El LPC43xx posee 3 USART y 1 UART (solo permite el modo asíncrono) esta última con los pines necesarios para implementar una comunicación con un MODEM.

Lineas de comunicación

USART 0,2,3

UART 1

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

EL modo de transmisión asíncrono (UART) corresponde a uno de los protocolos de comunicación serie mas difundidos, en este modo de transición los datos son enviados sin una señal de reloj externa.

Todas las UART del LPC43xx (las 3 USART funcionando en modo asíncrono y la UART) son compatibles con el estándar 550, esto significa que son compatibles con la UART diseñada por National Semiconductors 16550 y salida al mercado en 1987, esta UART reemplazaba a la 8250 primera interfaz serie de la PC XT.

En una transmisión asíncrona, los datos son divididos en palabras de una longitud fija, generalmente octetos, a los cuales se le agregan al comienzo códigos de sincronismo y luego al final del word se pueden agregar espacios, con lo cual permite al receptor identificar un nuevo código de sincronismo.

Como se comentó arriba, las palabras suelen ser octetos, este tipo de comunicación asíncrona se denomina orientada a caracter y uno de los estándar mas comunes es el RS-232 (Recommended Standard 232).

RS-232

El estándar RS-232 es una norma para el intercambio de datos entre dos dispositivos denominados DTE (Equipo terminal de datos) con un DCE (Equipo de comunicación de datos), A pesar de que este estándar soporta comunicación síncrona, su uso mas habitual es en comunicaciones asíncronas por ejemplo el implementado en una PC.

En el caso habitual de una PC llamaremos a la misma DTE, donde el DCE generalmente era el modem, en el caso de comunicarse dos PC entre si (DTE con DTE) no habrá modem, con lo cual la conexión se llamará Null Modem, en estos casos el cable que une las dos computadoras, debe unir las señales de manera cruzada, es decir por ejemplo que la señal denominada TxD en una de las PC debe unirse con la denominada RxD de la otra PC.

Registros

RBR/THR Registro de Recepción y Transmisión

• La misma posición de memoria es utilizada por dos registros, depende del tipo de operación realizada sobre esa memoria a cual de ello se acceda.
  • Operación de lectura, se accede al registro de recepción el cual posee el byte recibido mas antiguo contenido en la FIFO, en caso de configurar una trama menor a 8 bits de datos, los bits mas altos de este registro permanecerán en 0.
  • Operación de escritura, el registro será colocado en la FIFO para ser transmitido.

En ambos casos el DLAB (Divisor Latch Access Bit) debe ser cero

DLR (Divisor Latch Register)

• Esta compuesto por dos registros de 8 bits cada uno el LSB y MSB, donde el LSB comparte la dirección de memoria con el registro de recepción y transmisión y el MSB lo hace con el registro de habilitación de interrupción.

El valor total formado por los dos registros, tendrá una longitud de 16bits y es el divisor del VPB que se deberá configurar para determinar el baud rate de la transmisión y/o recepción.

El baud rate será calculado como:

               VPB  
baud rate = ----------
             DLR x 16

Conociendo la velocidad con la cual deseamos transmitir y la frecuencia del VPB, podemos despejar el DLR, el cual nos dará un valor de 16 bits, guardando en DLL el byte menos significativo y en DLM el mas significativo.

IER Registro de habilitación de interrupción

Este registro es el usado para habilitar las diferentes interrupciones que puede realizar la UART según distintos eventos

• bit 0 RBRIE habilita la generación de una interrupción cuando hay un dato disponible para leer
• bit 1 THREIE habilita la generación de la interrupción cuando la FIFO de transmisión se ha vaciado, el estado de esta interrupción puede ser leída en el bit 5 del LSR
• bit 2 RXIE habilita la generación de una interrupción por Rx, el estado de esta interrupción puede ser leída de LSR[4:1].
• bit 8 ABEOINTEN habilita la generación de una interrupción por auto-baud.
• bit 9 ABTOINTEN habilita la generación de una interrupción por auto-baud time out .

IIR Registro de identificación de Interrupción

• Muestra el estado de las interrupciones, pudiendo leer el origen y la prioridad de una interrupción pendiente, las interrupciones son congeladas en un acceso a la U0IIR, si ocurriera alguna interrupción en el momento en que se accede, esta se reflejara recién la próxima vez
  • bit 0 interrupción pendiente 0 = al menos una interrupción está pendiente, las interrupciones pendientes pueden ser leídas en U0IIR[3:1]
  • bits 1 a 3 identificación de interrupción:

• bit 6 a 7 FIFO equivalente al los bits correspondiente al FCR[6:7]
• bit 8 ABEOINT el auto-band finalizó con éxito
• bit 9 ABTOINT auto-band generó un time out

.

FCR Registro de Control de FIFO

• bit 0 FIFOEN habilitar FIFO, activo por alto, habilita las dos FIFO (recepción y transmisión), este bit además habilita el resto de la configuración de este registro
• bit 1 RXFIFORES borrar FIFO de Rx, un 1 es este bit borra toda la FIFO de recepción, luego de esto, es puesto a 0 por la misma UART
• bit 2 TXFIFORES borrar FIFO de Tx, un 1 es este bit borra toda la FIFO de transmisión, luego de esto, es puesto a 0 por la misma UART
• bit 3 DMAMODE Activar modo DMA
• bit 6 a 7 Selector del nivel de trigger de Rx, selecciona a cuantos caracteres recibidos se activará la interrupción RDA
  • 00: trigger nivel 0 (1 caracter)
  • 01: trigger nivel 1 (4 caracteres)
  • 10: trigger nivel 2 (8 caracteres)
  • 11: trigger nivel 3 (14 caracteres)

LCR Registro de Control de Linea

Determina el formato de los datos a transmitir o recibir

• bits 0 a 1: WLS Selección del largo del word
  • 00: 5 bit de largo
  • 01: 6 bit de largo
  • 10: 7 bit de largo
  • 11: 8 bit de largo
• bit 2: SBS Largo del bit de stop
  • 0: 1 bit de stop
  • 1: 2 bit de stop ( 1.5 en caso de 5 bit de largo )
• bit 3: PE Habilitar Paridad esto significa que con 1, estos agregando un bit extra a los datos, el valor de este bit depende de la selección de paridad (bit 4:5)
• bits 4 a 5: PS
  • 00: paridad impar
  • 01: paridad par
  • 10: fuerza a 1 el bit de paridad
  • 11: fuerza a 0 el bit de paridad
• bit 6: BC Control de Corte, cuando se configura a 1, fuerza al pin de transmisión a un valor lógico 0
• bit 7: DLAB bit de acceso al divisor de latch (DLAB) este bit en 1 permite el acceso a los registro del divisor de latch ( DLL y DLM )

LSR Registro de Estado de la Linea

• es un registro de solo lectura que provee acceso a estado del bloque de transmisión y recepción
  • bit 0: Receiver Data Ready (RDR), un 1 en este bit indica que hay un dato dentro de la FIFO sin leer.
  • bit 1: Overrun error (OE), se activa en el caso de que un nuevo caracter es recibido y la FIFO se encuentra llena, el caracter se pierde y se activa el OE
  • bit 2: Parity Error (PE), se activa cuando la verificación de la paridad en el caracter recibido falla
  • bit 3: Framing Error (FE), ocurre cuando en e bit de stop se lee un 0, esto puede ocurrir cuando no está correctamente sincronizado el receptor con respecto al transmisor queda a la espera de recibir todos 1
  • bit 4: Break Interrupt (BI): se activa cuando recibe 0 durante el periodo de un dato (bit de start + datos + bit de stop) en este caso el receptor
  • bit 5: Transmitter Holding Empty (THRE), un 0 indica que el registro de transmisión contiene datos 1 indica que este registro está vacío
  • bit 6: Transmitter Empty (TEMT) un 1 indica que se transmitieron todos los datos
  • bit 7: Error in Rx FIFO (RXFE) ocurre cuando el dato leído posee algún error (FE,PE o BI)
  • bit 8: Error in transmitted character (TXERR)

Utilización de la USART del LPC43xx

Para implementar una interfaz serie RS-232, utilizaremos una USART en particular, la número 2, en la placa EDU-CIAA esta USART fue cableada al integrado FTDI2232, el mismo es el encargado de realizar la interfaz JTAG del microcontrolador y el USB, además de esta tarea, incorpora un puerto extra configurado en este caso como puerto serie asíncrono. Es en ese puerto donde se conecta los pines de la USART2 permitiendo realizar una muy sencilla conexión entre la PC y la EDU-CIAA.

Para la configuración de el puerto, se utilizará la librería LPCOpen

Configurar el SCU

Se deben configurar los pines para ser usados por la USART, en su modo asincrónico solo utiliza dos señales RX y TX, estas serán las que se deberan configurar en la SCU.

Para evitar anular un dispositivo por ser requerido los pines para otra función, este microcontrolador mapea en varios pines cada linea de la USART, en el caso de la USART2 tenemos las siguientes opciones

En el momento de rutear la placa se eligió la dupla P7_1 y P7_2 como los pines para ser unidos al FTDI2232, eso obliga a seleccionar esos pines como la salida para la UART

   Chip_SCU_PinMux(7,1,0,FUNC6); /* P7_1: UART2 TXD */
   Chip_SCU_PinMux(7,2,0,FUNC6); /* P7_2: UART2 RXD */ 

Configurar el Periférico

Como segunda fase, se encuentra la configuración del propio dispositivo

en este caso se deberá

• Inicializar la UART

 void Chip_UART_Init(LPC_USART_T *pUART); 

• Configurar velocidad de transmisión

 Status Chip_UART_SetBaud(LPC_USART_T *pUART,uint32_t baudrate); 

• Configurar la FIFO

 STATIC INLINE void Chip_UART_SetupFIFOS(LPC_USART_T *pUART,uint32_t fcr);

Donde fcr se deberá configurar de la siguiente forma UART_FCR_FIFO_EN para habilitar la FIFO y UART_FCR_TRG_LEV0 para generar evento por cada byte recibido

Todas estas acciones se realizan sobre el registro FCR, este registro es utilizado para configurar la FIFO, se muestra a continuación las distintas opciones que posee,(extraído del manual del usuario)

• Habilitar la Transmisión

 STATIC INLINE void Chip_UART_TXEnable(LPC_USART_T *pUART);  

Uso de la UART

Una vez habilitada y en funcionamiento, se podrá enviar o leer los bytes recibido por medio de dos funciones de la LPCOpen

• Enviar un byte

STATIC INLINE void Chip_UART_SendByte (LPC_USART_T *pUART, uint8_t data); 

• Recibir un byte

STATIC INLINE uint8_t Chip_UART_ReadByte (LPC_USART_T *pUART);