1. UART 基础：通信协议概述与帧格式

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是嵌入式系统中最基础、最广泛使用的串行通信接口之一。它不需要时钟线，仅通过两根数据线（TX 发送、RX 接收）即可实现全双工通信。理解 UART 的协议层次、帧结构和参数配置，是后续开发 DMA 传输与错误处理流程的前提。

1.1 UART 通信协议概述

UART 通信的物理层非常简单：发送端通过 TX 线逐位发送数据帧，接收端通过 RX 线逐位采样。由于没有独立的时钟线，收发双方必须使用相同的波特率（Baud Rate）来同步位时序。协议层定义了帧的起始、数据、校验和停止边界，确保接收端能从连续的比特流中正确提取每个字节。

1.2 UART 帧格式

一个完整的 UART 数据帧由以下字段按顺序组成：

1.3 波特率

波特率定义每秒传输的符号数（单位：baud）。在 UART 中，1 波特 = 1 位/秒。常用波特率包括：

• 9600：传统低速设备，如 GPS 模块、工业传感器
• 115200：嵌入式调试串口最常用，兼顾速度与稳定性
• 921600：高速传输，适用于短距离、低干扰场景
• 3000000（3Mbps）：部分 SoC 支持，需配合 DMA 使用

1.4 数据位

数据位决定每个帧传输的有效数据位数。常见配置：

1.5 停止位

停止位位于帧末尾，为高电平，用于：

• 保证帧间有足够的时间间隔
• 给接收端处理已接收数据的时间
• 检测帧边界：若停止位不是高电平，则产生帧错误

1.6 校验位

校验位提供简单的检错能力。Linux 内核通过 termios 结构中的 c_cflag 控制校验模式：

1.7 常见配置组合与传输效率

以下表格列出典型配置下的有效数据传输率（假设波特率 115200）：

1.8 驱动开发中的参数配置示例

在 Linux UART 驱动中，参数配置通过 uart_ops->set_termios() 回调实现。以下是一个典型的配置代码片段：

static void my_uart_set_termios(struct uart_port *port,
                                struct ktermios *termios,
                                const struct ktermios *old)
{
    unsigned int baud, cflag;
    unsigned int data_bits, stop_bits, parity;

    cflag = termios->c_cflag;

    /* 1. 提取数据位 */
    switch (cflag & CSIZE) {
    case CS5: data_bits = 5; break;
    case CS6: data_bits = 6; break;
    case CS7: data_bits = 7; break;
    case CS8: data_bits = 8; break;
    default:  data_bits = 8;
    }

    /* 2. 提取停止位 */
    stop_bits = (cflag & CSTOPB) ? 2 : 1;

    /* 3. 提取校验位 */
    if (cflag & PARENB) {
        if (cflag & PARODD)
            parity = 'O';   /* 奇校验 */
        else
            parity = 'E';   /* 偶校验 */
    } else {
        parity = 'N';       /* 无校验 */
    }

    /* 4. 计算并设置波特率 */
    baud = uart_get_baud_rate(port, termios, old, 0, port->uartclk / 16);
    port->uartclk = baud * 16;

    /* 5. 写入硬件寄存器 */
    writel(data_bits - 5, port->membase + UART_LCR);   /* 数据位 */
    writel(stop_bits - 1, port->membase + UART_LCR);   /* 停止位 */
    writel(parity,        port->membase + UART_LCR);   /* 校验位 */
    writel(baud,          port->membase + UART_BAUD);  /* 波特率 */

    /* 6. 更新超时时间 */
    uart_update_timeout(port, cflag, baud);
}