通信协议之UART简析

1. 概述 UART的全称是通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），是实现设备之间低速数据通信的标准协议。常用在FPGA与PC等外设之间的通信传输，其中“异步”指不需要额外的时钟线进行数据的同步传输，它是一种串行总线接口，只需用两根线就可以完成数据的收发（一根用来接收数据，一根发送数据），两个设备在使用串口通信时，必须先约定一个数据传输速率，并且这两个设备各自的时钟频率必须与这个速率保持相近，某一方的时钟频率相差很大都会导致数据传输混乱，常用的标准通信波特率有9600bps、115200bps等。
2. 帧格式 UART中的每一帧（frame）都是由起始位、数据位、校验位以及停止位组成的，数据串行逐位传输，数据是小端传输，如下图所示：

2.1起始位：因为UART没有控制线，要让接收方知道什么时候开始接收数据，需要一些手段。当数据开始传输时，总线电平拉低，因此每次检测到电平拉低时，就是开始传输数据了，此时就是起始位。 2.2数据位：数据传输是小端模式，每次从低地址开始传输，数据的宽度可以是5--8位，这个宽度具体值根据传输数据的特点做限定，但是收/发双方在数据开始传输前，必须对双方数据位位数作一致的定义，否则会导致数据的传输错误。 2.3奇偶位：又称为校验位，紧挨着数据位，不是必须选项，可有可无，目的是为了验证数据传输的安全性，在进行数据传输前，需要在收/发双方进行数据传输前要预设好是否需要校验位，如果需要则是奇校验还是偶校验。 其中奇校验就是看数据位中的1的个数，然后通过在校验位添加1或0，使得校验位和数据位中1的总个数是奇数，偶校验是使得校验位和数据位中1的总个数是偶数，操作方法则是对数据逐位进行同或/异或操作，偶校验是对数据逐位进行异或操作，奇校验是对数据逐位进行同或操作。 2.4停止位：停止位的宽度可以是1到2位，发送逻辑1，之后就进入了空闲。

1. 波特率和比特率 比特率(bit rate)又称传信率。其定义是：单位时间(每秒)内传输的信息量，即每秒能传输的二进制位数，通常用Rb表示，其单位是比特/秒(bit/s或b/s，英文缩略语为bps)。 波特率(Baud rate)又称传码率或调制速率。其定义是：单位时间(每秒)内传输的码元(脉冲)个数，通常用RB表示，单位是波特（Bd或Baud）。 从定义来看，区别就是传输的是二进制数据还是码元，因为一个码元可以包含多个二进制数，当一个码元只包含一个二进制数时，意义是差不多的，但是单位还是不一样。