UART中的硬件流控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，不過現在這種意義爲主流意義的，各大芯片製造廠家對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兩個信號，要流控的話只能是軟流控；如果有RX，TX，CTS ，RTS 四個信號，則多半是支持硬流控的UART；如果有 RX，TX，CTS ，RTS ，DTR，DSR 六個信號的話，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口支持硬流控的RTS/CTS，別看爲益，在和瑞芯微調試硬件流控時，別這個非主流的解釋搞得暈頭轉向的，下面用灰色小字體表示）
RTS是模塊的輸入端，用於MCU通知模塊，MCU是否準備好，模塊是否可向MCU發送信息，RTS的有效電平爲低。
CTS是模塊的輸出端，用於模塊通知MCU，模塊是否準備好，MCU是否可向模塊發送信息，CTS的有效電平爲低
HAYES Modem中的RTS ，CTS 是用來進行硬件流控的。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：
（現在做串口使用RTS/CTS必看內容，因爲MTK/）
RTS （Require ToSend，發送請求）爲輸出信號，用於指示本設備準備好可接收數據，低電平有效，低電平說明本設備可以接收數據。
CTS （Clear ToSend，發送允許）爲輸入信號，用於判斷是否可以向對方發送數據，低電平有效，低電平說明本設備可以向對方發送數據。
此處有人將CTS翻譯爲發送允許，我感覺的確比翻譯爲清除發送好。因爲CTS是對方的RTS控制己方的CTS是否允許發送的功能。
用AP於MODEM採用流控收發串口數據舉例：
CTS 爲輸入
RTS 爲輸出
AP的CTS對接MODEM的RTS；MODEM的CTS對接AP的RTS。

默認啓動時：
AP的CTS爲高
AP的RTS爲低
MODEM的CTS 高但極容易被拉低
MODEM的RTS 低
默認休眠時
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，爲高電平，然後電壓值不斷下降，變成低電平，這說明CTS懸空時應該爲高，這中高電平僅僅是一定量的正電荷而已。
不知道芯片設計時，規格說明書爲什麼要寫CTS默認爲高，CTS僅僅是輸入端，不需要什麼默認值啊。並且在流控打開情況下，不接CTS與RTS，也是可以正常3根線（RXD/TXD/GND）通信的，這說明不接RTS/CTS時，CTS爲低電平才對。爲何實際使用與芯片規格說明書不一致，可能是被外殼金屬蓋幹擾到低電平了，畢竟自己用的模塊，CTS是如此靠近低電平的金屬保護蓋，並且CTS爲輸入口，沒有上拉下拉電平能力。

AP與MODEM的流控這樣通信的：
AP串口可用時，將AP-RTS拉低，MODEM-CTS檢測到AP-RTS爲低，知道AP串口已準備好，可以發送數據；
AP串口不可用時，將AP-RTS拉高，MODEM-CTS檢測到AP-RTS爲高，知道AP串口還未準備好，就不會放數據。
MODEM串口可用與不可用時的交互是同樣道理。

沒有串口控制器，用中斷和普通IO口即可實現RTS與CTS功能。
RTS用GPIO實現，串口就緒拉低電平，串口忙拉高電平
CTS用中斷實現，檢測到低電平，將串口數據發送出去，檢測到高電平則保留串口數據直到檢測到低電平爲止。

下面是摘錄網上有用的參考資料：
假定A、B兩設備通信，A設備的RTS 連接B設備的CTS ；A設備的CTS 連接B設備的RTS 。前一路信號控制B設備的發送，後一路信號控制A設備的發送。對B設備的發送（A設備接收）來說，如果A設備接收緩沖快滿的時發出RTS 信號（意思通知B設備停止發送），B設備通過CTS 檢測到該信號，停止發送；一段時間後A設備接收緩沖有了空餘，發出RTS 信號，指示B設備開始發送數據。A設備發（B設備接收）類似。上述功能也能在數據流中插入Xoff（特殊字符）和Xon（另一個特殊字符）信號來實現。A設備一旦接收到B設備發送過來的Xoff，立刻停止發送；反之，如接收到B設備發送過來的Xon，則恢復發送數據給B設備。同理，B設備也類似，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，數據終端準備）與DSR（Data Set Ready ，數據設備準備好）進行主流控，類似上述的RTS 與CTS 。對半雙工的通信的DTE（Date Terminal Equipment，數據終端設備）與DCE（Data circuitEquipment ）來說，默認的方向是DTE接收，DCE發送。如果DTE要發送數據，必須發出RTS 信號，請求發送數據。DCE收到後如果空閑則發出CTS 回應RTS 信號，表示響應請求，這樣通信方向就變爲DTE->TCE，同時RTS 與CTS 信號必須一直保持。從這裏可以看出，CTS ，TRS雖然也有點流控的意思（如CTS 沒有發出，DTE也不能發送數據），但主要是用來進行方向切換的。

流控制在串行通訊中的作用
這裏講到的“流”，當然指的是數據流。數據在兩個串口之間傳輸時，常常會出現丟失數據的現象，或者兩臺計算機的處理速度不同，如臺式機與單片機之間的通訊，接收端數據緩沖區已滿，則此時繼續發送來的數據就會丟失。現在我們在網絡上通過MODEM進行數據傳輸，這個問題就尤爲突出。流控制能解決這個問題，當接收端數據處理不過來時，就發出“不再接收”的信號，發送端就停止發送，直到收到“可以繼續發送”的信號再發送數據。因此流控制可以控制數據傳輸的進程，防止數據的丟失。PC機中常用的兩種流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和軟件流控制XON/XOFF（繼續/停止），下面分別說明。

硬件流控制
硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（數據終端就緒/數據設置就緒）流控制。
硬件流控制必須將相應的電纜線連上，用RTS/CTS（請求發送/清除發送）流控制時，應將通訊兩端的RTS、CTS線對應相連，數據終端設備（如計算機）使用RTS來起始調制解調器或其它數據通訊設備的數據流，而數據通訊設備（如調制解調器）則用CTS來起動和暫停來自計算機的數據流。這種硬件握手方式的過程爲：我們在編程時根據接收端緩沖區大小設置一個高位標志（可爲緩沖區大小的75％）和一個低位標志（可爲緩沖區大小的25％），當緩沖區內數據量達到高位時，我們在接收端將CTS線置低電平（送邏輯0），當發送端的程序檢測到CTS爲低後，就停止發送數據，直到接收端緩沖區的數據量低於低位而將CTS置高電平。RTS則用來標明接收設備有沒有準備好接收數據。
常用的流控制還有還有DTR/DSR（數據終端就緒/數據設置就緒）。我們在此不再詳述。由於流控制的多樣性，我個人認爲，當軟件裏用了流控制時，應做詳細的說明，如何接線，如何應用。

軟件流控制
由於電纜線的限制，我們在普通的控制通訊中一般不用硬件流控制，而用軟件流控制。一般通過XON/XOFF來實現軟件流控制。常用方法是：當接收端的輸入緩沖區內數據量超過設定的高位時，就向數據發送端發出XOFF字符（十進制的19或Control-S，設備編程說明書應該有詳細闡述），發送端收到XOFF字符後就立即停止發送數據；當接收端的輸入緩沖區內數據量低於設定的低位時，就向數據發送端發出XON字符（十進制的17或Control-Q），發送端收到XON字符後就立即開始發送數據。一般可以從設備配套源程序中找到發送的是什麼字符。
應該注意，若傳輸的是二進制數據，標志字符也有可能在數據流中出現而引起誤操作，這是軟件流控制的缺陷，而硬件流控制不會有這個問題。