Silicon Labs EFM32系列 LPUART應用指南

EFM32 系列LEUART使用指南

簡介： 本指南目的在于說明如何使用EFM32微控制器的低能耗 UART (LEUART?) 模塊。即使在器件處于深度休眠模式EM2的情況下，LEUART 也能進行全功能UART通信。與智能中斷功能及靈活的DMA 相結(jié)合，可實現(xiàn)簡單且節(jié)能的串行通信。

* 在低功耗模式下可使用DMA進行數(shù)據(jù)傳輸;

* 9600波特率下接收數(shù)據(jù)僅消耗150nA電流;

* 使用32.768kHz作為模塊時鐘源時擁有完整UART功能;

* 可配置的接收數(shù)據(jù)匹配功能;

* 可工作于EM0~EM2模式。

目錄

1 LEUART 原理........................................................................................................................... 3

1.1 一般原理 ......................................................................................................................... 3

2 LEUART 配置........................................................................................................................... 4

2.1 幀、傳輸和奇偶校驗 ..................................................................................................... 4

2.2 時鐘源 ............................................................................................................................. 4

2.3 波特率 ............................................................................................................................. 5

2.4 DMA集成 ........................................................................................................................ 5

2.5 脈沖發(fā)生器和擴展器 ..................................................................................................... 5

2.6 中斷 ................................................................................................................................ 6

2.7 凍結(jié)模式和低頻域同步 ................................................................................................. 6

2.8 DMA集成 ........................................................................................................................ 6

2.9 GPIO和引腳分配 ............................................................................................................ 6

1 LEUART 原理

LEUART：Low Energy Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，低功耗通用異步收發(fā)器，是EFM32片上低功耗外設(shè)，能夠在滿足極低功耗的同時提供串口通信功能。

1.1 一般原理

EFM32的LEUART是一個獨特的低功耗UART，能在極為苛刻的功耗預算下提供雙向通信。僅需一個32.768 kHz 的時鐘源即可實現(xiàn)波特率高達9600的UART通信。這意味著EFM32的LEUART可在深度休眠模式EM2下工作，在消耗極低能量的情況下等待接收到來的UART幀。當一個UART幀被LEUART完全接收時，CPU可被快速喚醒。還可以選擇用DMA將多個幀傳送到存儲器中，然后再喚醒CPU。LEUART還具有處理更高層通信協(xié)議的能力。例如，可以選擇阻塞進入的幀，直到檢測到一個可配置的起始幀;還可以選擇檢測一個可配置的信號幀 (例如用于指示一次傳輸結(jié)束)。 與接收過程一樣，在EM2模式，可直接從CPU逐幀發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以通過DMA來發(fā)送較大的幀組。EFM32 LEUART包含支持異步串行通信所需要的所有硬件，因而需要最少的軟件干預，而且消耗極低的能量。 LEUART的優(yōu)勢在于能工作在EM2模式，此時大多數(shù)其他模塊都出于節(jié)能考慮而被關(guān)斷。低能耗串行通信選項與不需要CPU干預即可讀寫存儲器的DMA能力相結(jié)合，為系統(tǒng)設(shè)計人員在低能耗應用中使用EFM32提供了寬泛的功能。

2 LEUART 配置

2.1 幀、傳輸和奇偶校驗

LEUART使用幀來進行數(shù)據(jù)傳輸。一個 LEUART 幀由1個起始位、8或9個數(shù)據(jù)位、1個可選的奇偶校驗位和1個或2個停止位組成 (見圖2.1 )。一次傳輸由一個起始位啟動，起始位將數(shù)據(jù)線從空閑的高電平狀態(tài)拉為低電平。此后，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位被依序發(fā)送，直到幀傳輸被停止位結(jié)束，停止位將數(shù)據(jù)線保持在高電平。然后，數(shù)據(jù)線或者進入其高電平空閑狀態(tài)，或者發(fā)送一個新的起始位。當一個幀已準備好要被發(fā)送時，它被從發(fā)送寄存器傳送到移位寄存器，數(shù)據(jù)位在移位寄存器中被逐位發(fā)送，最低有效位在先?？蓪⒄麄€幀格式反相，(例如)以允許使用低電平作為空閑狀態(tài)。 在數(shù)據(jù)位結(jié)束后可以選擇添加奇偶校驗位來實現(xiàn)簡單的錯誤檢測。有3種不同的奇偶校驗模式：無校驗、偶校驗和奇校驗。奇偶校驗位的產(chǎn)生和校驗都由硬件完成，有中斷標志用于指示在幀中是否檢測到奇偶校驗錯誤。所希望的幀格式在所選LEUART的初始化期間設(shè)置。Emlib 提供一個初始化函數(shù)來定義使用LEUART進行串行通信時所需要的全部設(shè)置。通信通道的所有使用方都必須在通信幀格式上完全一致。有關(guān)LEUART寄存器和功能的詳細信息，請參見器件的參考手冊。

2.2 時鐘源

像EFM32微控制器中的其他低能耗外設(shè)一樣，LEUART可由三個不同的時鐘源驅(qū)動，即低頻RC振蕩器(LFRCO)、低頻晶體振蕩器(LFXO)和高頻內(nèi)核時鐘2分頻(HFCORECLK_LE/2)。HFCORECLK_LE本身可由高頻RC振蕩器(HFRCO)、高頻晶體振蕩器(HFXO)或上述任何一個低頻振蕩器驅(qū)動。這種時鐘選擇的靈活性為系統(tǒng)設(shè)計人員使用LEUART功能提供了更寬范圍的可能性。這意味著除了在低能耗的EM2模式下使用一個低頻時鐘源工作外，LEUART還可以在需要更多UART通信通道的情況下作為UART的補充。不過，為使LEUART達到高于9600的波特率，所選時鐘源必須是HFCORECLK_LE/2，該選項不能在EM1-EM0模式下使用。

2.3 波特率

所選的LEUART時鐘源定義了能通過LEUART獲得的波特率。在標準低能耗工作模式，LEUART能基于32.768 kHz的時鐘提供300 ~ 9600的波特率。有關(guān)支持哪些波特率的詳細信息，請參見器件的參考手冊。Emlib包含一些用于計算可用波特率、獲取當前波特率以及設(shè)置波特率的方法。如果選擇HFCORECLK_LE/2作為LEUART的時鐘源，則可以獲得更高的波特率，但這也意味著LEUART將不能工作在EM1以下的模式，因而需要消耗更多的能量。此外，由于需要有一個高頻時鐘運行，所以UART和USART也都是可用的。

2.4 DMA集成

LEUART在EM2模式下具有全功能的DMA支持。與LEUART結(jié)合使用時，DMA是一個非常強大的工具，可以最小化CPU的干預。 ? LEUART可被配置為在發(fā)送緩沖器為空或發(fā)送緩沖區(qū)和移位寄存器均為空時向DMA請求數(shù)據(jù)。 ? LEUART 可被配置為在接收緩沖器為滿時請求DMA讀取數(shù)據(jù)。 ? 當在接收寄存器中檢測到一個有奇偶校驗錯誤的幀時，LEUARTn_CTRL寄存器中ERRSDMA位可被置1，不向DMA發(fā)出讀請求。 當MCU工作在EM2模式時，為了執(zhí)行DMA傳送，必須將DMA控制器上電。對于讀操作，如果LEUARTn_CTRL中的RXDMAWU被置位，則上電過程是自動完成的;對于寫操作，如果LEUARTn_CTRL中的TXDMAWU被置位，該上電過程也是自動完成的。為確保DMA控制器在低能耗模式仍能與LEUART進行數(shù)據(jù)傳送，必須正確配置這些位。在EM2模式，DMA使用HFRCO運行，所以該高頻振蕩器也被自動喚醒和關(guān)斷。在使用DMA處理LEUART之前，還必須正確使能和配置DMA。有關(guān)如何初始化一次LEUART和DMA之間的交互的詳細信息，請參見所提供的軟件示例和器件的參考手冊。

2.5 脈沖發(fā)生器和擴展器

LEUART在發(fā)射器輸出端有一個可選的脈沖發(fā)生器，在接收器輸入還有一個可選的脈沖擴展器。脈沖發(fā)生器和擴展器可以將LEUART的輸入和輸出格式從NRZ變?yōu)镽ZI。來自脈沖發(fā)生器的脈沖的寬度可被配置為31.25 μs ~ 500 μs。在波特率為2400或更低的情況下，脈沖發(fā)生器還能產(chǎn)生與IrDA物理層規(guī)范兼容的RZI脈沖。

2.6 中斷

在數(shù)據(jù)接收和發(fā)送期間有大量的中斷可用，以支持中斷驅(qū)動應用的低能耗優(yōu)勢。當接收或發(fā)送寄存器為空，或在傳輸期間檢測到任何錯誤時，都可以觸發(fā)中斷。LEUART還具有在檢測到特定的可配置幀時觸發(fā)中斷的能力。這就允許在LEUART之上構(gòu)建更高層的通信協(xié)議。LEUART甚至還支持一種特殊的多處理器模式，可以進行單獨尋址和僅觸發(fā)所期望的MCU來接收并對發(fā)送的數(shù)據(jù)做出反應。這在多個UART芯片使用同一通道進行通信的系統(tǒng)中是一個非常有用的特性。有了這種功能，通過使用某些只能在所期望的接收器中觸發(fā)中斷的幀來啟動和結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，即可尋址所期望的接收器。在所提供的軟件示例中，信號幀中斷功能用于僅在檢測到一個特定幀時喚醒CPU。所有其他幀都被DMA加載到存儲器中，但CPU不產(chǎn)生任何響應，直到預設(shè)的信號幀被LEUART檢測到為止。

2.7 凍結(jié)模式和低頻域同步

為了修改一些LEUART寄存器，必須與低頻(LF)域?qū)崿F(xiàn)同步。在需要修改多個寄存器時，為了避免不必要的等待延遲，所有的寄存器寫操作都應在同一個軟件模塊內(nèi)部完成。該模塊由void LEUART_FreezeEnable(LEUART_TypeDef *leuart, bool enable)啟動，其中enable被設(shè)置為true;由相同的函數(shù)調(diào)用結(jié)束，不過此處enable被設(shè)置為false。這樣，所有的寄存器修改操作將會在一次同步中完成。有關(guān)訪問和修改異步寄存器的詳細信息，請參見器件的參考手冊。

2.8 半雙工操作

LEUART提供一個將發(fā)送數(shù)據(jù)本地環(huán)回到接收引腳的選項。該功能對調(diào)試非常有用，因為LEUART能接收它自己發(fā)送的數(shù)據(jù)。但該功能也用于允許LEUART讀和寫同一個引腳，這是某些半雙工通信模式所需要的。當進行全雙工通信時，LEUART提供兩條數(shù)據(jù)鏈路，允許同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在半雙工模式，某一時刻只能在一個方向發(fā)送數(shù)據(jù)。LEUART有多種可能的半雙工設(shè)置：單數(shù)據(jù)鏈路、雙數(shù)據(jù)鏈路或使用一個外部驅(qū)動器。在通過一個單數(shù)據(jù)鏈路通信的情況下，發(fā)送器在不發(fā)送數(shù)據(jù)時必須為三態(tài)。如果LEUARTn_CTRL寄存器中的AUTOTRI位被置位，則在發(fā)送器不處于活動狀態(tài)時，LEUART能自動將發(fā)送引腳置為三態(tài)。

2.9 GPIO和引腳分配

LEUART模塊具有將其TX和RX引線連接到幾個不同的預定義MCU引腳位置的能力。必須通過設(shè)置LEUARTn_ROUTE寄存器來使能和連接TX和RX引線到所期望的位置。

為使LEUART能與任何外部系統(tǒng)元件交互，例如RS232端口或另一外設(shè)IC，必須正確配置GPIO的I/O引腳。GPIO有多種不同的引腳模式。在官方所提供的代碼樣例中，TX引腳被配置為推挽輸出，RX引腳被使能為帶上拉的輸入。在數(shù)據(jù)線未被其他部件驅(qū)動為一個確定值的情況下，上拉使輸入有一個確定的狀態(tài)。這種情況往往發(fā)生在TX模塊被使能之前使能了RX模塊。