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UART中的硬體流控RTS與CTS

5/23/2013 5:13:04 PM at rock-chips inshenzhen

最近太忙了,沒時間寫對Ucos-II的移植,先將工作中容易搞錯的一個知識點記錄下來,關於CTS與RTS的。

在RS232中本來CTS 與RTS 有明確的意義,但自從賀氏(HAYES ) 推出了聰明貓(SmartModem)後就有點混淆了,不過現在這種意義為主流意義的,各大晶片製造廠家對UART控制器的流控基本採用HAYES MODEM流控解釋。

在RS232中RTS 與CTS 是用來半雙工模式下的方向切換,本文不解釋;

如果UART只有RX、TX兩個訊號,要流控的話只能是軟流控;如果有RX,TX,CTS,RTS
四個訊號,則多半是支援硬流控的UART;如果有 RX,TX,CTS ,RTS ,DTR,DSR 六個訊號的話,RS232標準的可能性比較大。

SIMCOM公司對RTS/CTS的解釋:

(要注意區別是不是講串列埠支援硬流控的RTS/CTS,別看為益,在和瑞芯微除錯硬體流控時,別這個非主流的解釋搞得暈頭轉向的,下面用灰色小字型表示)

RTS是模組的輸入端,用於MCU通知模組,MCU是否準備好,模組是否可向MCU傳送資訊,RTS的有效電平為低。

CTS是模組的輸出端,用於模組通知MCU,模組是否準備好,MCU是否可向模組傳送資訊,CTS的有效電平為低

HAYES Modem中的RTS ,CTS 是用來進 行硬體流控的。現在通常UART的RTC、CTS的含義指後者,即用來做硬流控的。

硬流控的RTS、CTS:

(現在做串列埠使用RTS/CTS必看內容,因為MTK/)

RTS (Require ToSend,傳送請求)為輸出訊號,用於指示本裝置準備好可接收資料,低電平有效,低電平說明本裝置可以接收資料。

CTS (Clear ToSend,傳送允許)為輸入訊號,用於判斷是否可以向對方傳送資料,低電平有效,低電平說明本裝置可以向對方傳送資料。

此處有人將CTS翻譯為傳送允許,我感覺的確比翻譯為清除傳送好。因為CTS是對方的RTS控制己方的CTS是否允許傳送的功能。

用AP與MODEM採用流控收發串列埠資料舉例:

CTS 為輸入

RTS 為輸出

AP的CTS對接MODEM的RTS;MODEM的CTS對接AP的RTS。

 

預設啟動時:

AP的CTS為高

AP的RTS為低

MODEM的CTS       高     但極容易被拉低

MODEM的RTS       低

預設休眠時

MODEM的CTS       高     但極容易被拉低

MODEM的RTS       高

 

其中CTS用電壓表測量電壓時發現:在測量最初的大概200ms時,為高電平,然後電壓值不斷下降,變成低電平,這說明CTS懸空時應該為高,這中高電平僅僅是一定量的正電荷而已。

不知道晶片設計時,規格說明書為什麼要寫CTS預設為高,CTS僅僅是輸入端,不需要什麼預設值啊。並且在流控開啟情況下,不接CTS與RTS,也是可以正常3根線(RXD/TXD/GND)通訊的,這說明不接RTS/CTS時,CTS為低電平才對。為何實際使用與晶片規格說明書不一致,可能是被外殼金屬蓋干擾到低電平了,畢竟自己用的模組,CTS是如此靠近低電平的金屬保護蓋,並且CTS為輸入口,沒有上拉下拉電平能力。

 

AP與MODEM的流控這樣通訊的:

AP串列埠可用時,將AP-RTS拉低,MODEM-CTS檢測到AP-RTS為低,知道AP串列埠已準備好,可以傳送資料;

AP串列埠不可用時,將AP-RTS拉高,MODEM-CTS檢測到AP-RTS為高,知道AP串列埠還未準備好,就不會放資料。

MODEM串列埠可用與不可用時的互動是同樣道理。

 

沒有串列埠控制器,用中斷和普通IO口即可實現RTS與CTS功能。

RTS用GPIO實現,串列埠就緒拉低電平,串列埠忙拉高電平

CTS用中斷實現,檢測到低電平,將串列埠資料傳送出去,檢測到高電平則保留串列埠資料直到檢測到低電平為止。

 

下面是摘錄網上有用的參考資料:

假定A、B兩裝置通訊,A裝置的RTS 連線B裝置的CTS ;A裝置的CTS 連線B裝置的RTS 。前一路訊號控制B裝置的傳送,後一路訊號控制A裝置的傳送。對B裝置的傳送(A裝置接收)來說,如果A裝置接收緩衝快滿的時發出RTS 訊號(意思通知B裝置停止傳送),B裝置通過CTS 檢測到該訊號,停止傳送;一段時間後A裝置接收緩衝有了空餘,發出RTS 訊號,指示B裝置開始傳送資料。A裝置發(B裝置接收)類似。上述功能也能在資料流中插入Xoff(特殊字元)和Xon(另一個特殊字元)訊號來實現。A裝置一旦接收到B裝置傳送過來的Xoff,立刻停止發
送;反之,如接收到B裝置傳送過來的Xon,則恢復傳送資料給B裝置。同理,B裝置也類似,從而實現收發雙方的速度匹配。

半雙工的方向切換:RS232中使用DTR(Date Terminal Ready,資料終端準備)與DSR(Data Set Ready ,資料裝置準備好)進行主流控,類似上述的RTS 與CTS 。對半雙工的通訊的DTE(Date Terminal Equipment,資料終端裝置)與DCE(Data circuitEquipment )來說,預設的方向是DTE接收,DCE傳送。如果DTE要傳送資料,必須發出RTS 訊號,請求傳送資料。DCE收到後如果空閒則發出CTS 迴應RTS 訊號,表示響應請求,這樣通訊方向就變為DTE->TCE,同時RTS
與CTS 訊號必須一直保持。從這裡可以看出,CTS ,TRS雖然也有點流控的意思(如CTS 沒有發出,DTE也不能傳送資料),但主要是用來進行方向切換的。

 

流控制在序列通訊中的作用

這裡講到的“流”,當然指的是資料流。資料在兩個串列埠之間傳輸時,常常會出現丟失資料的現象,或者兩臺計算機的處理速度不同,如桌上型電腦與微控制器之間的通訊,接收端資料緩衝區已滿,則此時繼續傳送來的資料就會丟失。現在我們在網路上通過MODEM進行資料傳輸,這個問題就尤為突出。流控制能解決這個問題,當接收端資料處理不過來時,就發出“不再接收”的訊號,傳送端就停止傳送,直到收到“可以繼續傳送”的訊號再傳送資料。因此流控制可以控制資料傳輸的程序,防止資料的丟失。PC機中常用的兩種流控制是硬體流控制(包括RTS/CTS、DTR/CTS等)和軟體流控制XON/XOFF(繼續/停止),下面分別說明。

 

硬體流控制

硬體流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR(資料終端就緒/資料設定就緒)流控制。

硬體流控制必須將相應的電纜線連上,用RTS/CTS(請求傳送/清除傳送)流控制時,應將通訊兩端的RTS、CTS線對應相連,資料終端裝置(如計算機)使用RTS來起始調變解調器或其它資料通訊裝置的資料流,而資料通訊裝置(如調變解調器)則用CTS來起動和暫停來自計算機的資料流。這種硬體握手方式的過程為:我們在程式設計時根據接收端緩衝區大小設定一個高位標誌(可為緩衝區大小的75%)和一個低位標誌(可為緩衝區大小的25%),當緩衝區內資料量達到高位時,我們在接收端將CTS線置低電平(送邏輯0),當傳送端的程式檢測到CTS為低後,就停止傳送資料,直到接收端緩衝區的資料量低於低位而將CTS置高電平。RTS則用來標明接收裝置有沒有準備好接收資料。

常用的流控制還有還有DTR/DSR(資料終端就緒/資料設定就緒)。我們在此不再詳述。由於流控制的多樣性,我個人認為,當軟體裡用了流控制時,應做詳細的說明,如何接線,如何應用。

 

軟體流控制

由於電纜線的限制,我們在普通的控制通訊中一般不用硬體流控制,而用軟體流控制。一般通過XON/XOFF來實現軟體流控制。常用方法是:當接收端的輸入緩衝區內資料量超過設定的高位時,就向資料傳送端發出XOFF字元(十進位制的19或Control-S,裝置程式設計說明書應該有詳細闡述),傳送端收到XOFF字元後就立即停止傳送資料;當接收端的輸入緩衝區內資料量低於設定的低位時,就向資料傳送端發出XON字元(十進位制的17或Control-Q),傳送端收到XON字元後就立即開始傳送資料。一般可以從裝置配套源程式中找到傳送的是什麼字元。

應該注意,若傳輸的是二進位制資料,標誌字元也有可能在資料流中出現而引起誤操作,這是軟體流控制的缺陷,而硬體流控制不會有這個問題。