操作系统实现之路串行通信接口概述

一般情况下，IBM PC兼容机的串口使用的异步串行通信芯片是INS 8250或NS16450兼容芯片，统称为UART（通用异步接收发送器）。对UART的编程实际上是对其内部寄存器执行读写操作。因此可将UART看作一组寄存器集合，包含发送、接收和控制三部分。UART内部有10个寄存器，供CPU通过IN/OUT指令对其进行访问。

这些寄存器的端口和用途见表10-1。其中端口0x3F8-0x3FE用于PC上COM1串行口，0x2F8-0x2FE对应COM2端口。DLAB（Divisor Latch Access Bit）是除数锁存访问位，是指线路控制寄存器的位7。

表10-1给出了PC上串行通信接口的访问端口地址，以及对应的寄存器bit位的含义。

表10-1 寄存器bit位的含义

下面简要介绍表中比较重要的几个寄存器比特。

（1）DLAB：除数锁存访问位，设置为1的时候，用于设置波特率因子。设置为0的时候，用于设置或读取其他寄存器的值。也可以理解为一个标志位，用于对前两个寄存器（0x3F8/0x2F8、0x3F9/0x2F9）的用途进行区别。若为1，则这两个寄存器为波特率因子，否则这两个寄存器被用于发送/接收保持（缓存）寄存器和中断控制寄存器。

（2）中断允许寄存器：用端口地址0x3F9/0x2F9进行访问，用于设置或读取COM端口的中断控制比特。该寄存器的0～3比特用于控制特定的中断源的状态，4～7比特保留（为0）。其中，0～3比特中，一个比特对应一个特定的中断源，若设置该比特为1，则对应的中断源会打开，这样一旦有对应的事件发生，COM接口的控制芯片就会通过IRQ4（对于COM1）或IRQ3（对于COM2）中断输入引脚，给CPU发出中断请求。相反，若设置为0，则对应的中断源会被屏蔽。这样即使对应的事件发生，串行通信控制器也不会引发中断请求。这个时候，就需要程序自行读取相应的寄存器，来判断发生的事件及其信息。

（3）中断标识寄存器（0x3FA/0x2FA地址）：一旦发生中断，软件可通过读取这个寄存器的值，来判断中断的类型。需要注意的是，该寄存器的最后一个比特，说明是否有中断发生。因为在系统设计的时候，串行接口有可能与其他系统模块共用一个中断输入（比如，都采用IRQ4），这样在发生中断的时候，可通过该比特来判断中断是不是串行接口发生的。若是，则进行处理，否则把处理过程转让给其他设备的中断处理程序。Hello China的设计支持这种中断共用的模型。(www.xing528.com)

（4）线路控制寄存器：该寄存器用于控制串行接口的工作模式。比如，在Windows操作系统提供的超级终端（HYPERTRM.EXE程序）程序中，可通过图10-8所示对话框设置COM接口的工作属性，实际上内部就是通过修改线路控制寄存器来实现的（每秒位数除外，该属性是通过修改波特率因子寄存器实现的）。

图10-8 超级终端中串口通信参数的设置

（5）波特率因子：用于确定串口工作的波特率，该因子越大，实际的工作速率越小。一般情况下，按照表10-2来设置串口的波特率因子。

表10-2 波特率与波特率因子之间的对应关系

需要注意的是，波特率因子是16位的，通过设置3F9/2F9和3F8/2F8两个寄存器来完成。在设置前，首先应该设置DLAB比特为1，这样在访问上述地址的寄存器时，才会访问到波特率因子寄存器。