Question

如何在S3C2440上linux操作系统下将串口的波特率提高以致921600

Answer 1

在说说我做的这个事情，其实听起来很简单，就是把串口的波特率提上去，硬件环境呢，就是采用飞凌的TE2440-II（比较古老了，大家勿喷）操作系统是linux2.6.28，大家都知道，正常情况下，Linux下串口波特率最高到115200，因为我们特殊需要的原因，需要把波特率提高到至少460800，当然最理想的结果就是波特率达到921600，大的背景就是这个样子了。
然后先考究硬件，看看在硬件上到底能不能满足我们的要求，主控芯片S3C2440，在UART一章说在系统时钟下，波特率最高可达115200，然后注释中说如果Pclk达到60M，可以实现921600，我就按他说的，将主频提高，顺便将pclk提高到了60M，发现921600根本实现不了，230400波特率虽然能通，但是错误率很高，根本无法用，然后我又尝试着将Pclk提高到了70M，通过这种饮鸩止渴的方式，波特率可以提高到230400并且稳定传输，但是更高的波特率则无法实现，而Pclk不能无限提高，因为我们开发板还连接了触摸屏，在Pclk70M的情况下，触摸屏经常重启，说明这个方案不可行，所以就pass掉了，下面简单说一下我怎么更改的系统时钟Fclk,Hclk,Pclk。这三个时钟的关系以及计算方法我就不赘述了，我主要参考博客http://blog.csdn.NET/dong_zhihong/article/details/8469269进行修改
1）首先找到bootloader中 INC文件夹下的Option.inc文件，打开以后，找到如下代码段，这段代码就是主频400M时对应的M，P和S值设置，需要更改主频的话更改其中相应的数值几个（后来我发现，其实这个地方不改也行，因为最终起作用的是第二步）
[ FCLK = 400000000
CLKDIV_VAL EQU5
;1:4:8
M_MDIV EQU
127 ;127
M_PDIV EQU
2 ;2
[ CPU_SEL = 32440001
M_SDIV EQU
1 ; 2440A
|
M_SDIV EQU
0 ; 2440X
]
]
2）找到u2440mon.c，然后在main（）函数中找到如下代码，修改case2中的mpll_val = (92<<12)|(1<<4)|(1);这一行（为啥修改这一行？因为在这个switch代码有个j=2），其中三个数分别代表M，P，S。这才是决定主频的关键。
switch(j) {
case 0:
//240
key = 14;
mpll_val = (112<<12)|(4<<4)|(1);
break;
case 1:
//320
key = 14;
mpll_val = (72<<12)|(1<<4)|(1);
break;
case 2:
//400
key = 14;
mpll_val = (92<<12)|(1<<4)|(1);
break;
case 3:
//420!!!
key = 14;
mpll_val = (97<<12)|(1<<4)|(1);
break;
default:
key = 14;
mpll_val = (92<<12)|(1<<4)|(1);
break;
}
3）然后再 2440lib.c文件中，找到 ChangeClockDivider（）函数，这个函数是控制分频比的，代码如下，这两个一个控制h_div，一个控制p_div。其中case 18: hdivn=2; break;这一行控制H分频，具体怎么改可以参考手册。
switch(hdivn_val) {
case 11: hdivn=0; break;
case 12: hdivn=1; break;
case 13:
case 16: hdivn=3; break;
case 14:
case 18: hdivn=2; break;
}
switch(pdivn_val) {
case 11: pdivn=0; break;
case 12: pdivn=1; break;
}
只需以上三步，就可以更改系统主频以及分频比，得到自己想要的Fclk和Pclk。
然后再说说我把上一个方案否定了以后，再仔细阅读芯片手册，发现串口的时钟源可以有三种方式获得：pclk，fclk/n，exclk，而且手册上说采用外部时钟的话，可以做到更高的波特率，但是这需要更改硬件，从指定那个引脚引入一个时钟，然后还要更改驱动程序，所以放弃了，所以只剩下一个路可以走，就是采用fclk/n的方式作为串口的时钟源，因为fclk频率很高，所以时钟源提高了，就可以把波特率提上来。然后就开始看linux内核源代码，因为串口的驱动早就集成到了linux内核之中，然后我就跳进了一个大坑。
其实串口本身的驱动并不复杂，如果裸机开发的话我感觉不难（强调一下，这个串口的裸机开发我没有做过，请做过的人不要喷我），因为串口被封装到了linux系统中，并且是层层封装，最终被封装成了tty的形式，所以我就从tty的驱动看起，抽丝剥茧，从里面寻找蛛丝马迹，
首先发现了s3c2440.c这个文件，通过调试得知，初始化的时候调用了其中的s3c2440_serial_init（）函数，刚开始以为在这个文件中就这个函数有用，其实后来才知道，这个文件中的s3c2440_serial_getsource（）和s3c2440_serial_setsource（）在驱动中多次被调用。
然后考虑到，在上位机设置波特率的时候，调用的是系统函数cfsetispeed（），后经调试得知，这个函数调用了Samsung.c这个文件中的s3c24xx_serial_set_termios（）这个函数，所有与串口相关的配置都与这个函数有关，因此锁定了方向，只要从这个函数中找到与波特率以及时钟源相关的语句，更改成我想要的即可，而这个函数又调用了很多子函数，但真正与波特率及时钟源相关的函数就是如下几句
/*
* Ask the core to calculate the divisor for us.
*/
baud = uart_get_baud_rate(port, termios, old, 0, 115200*8);

if (baud == 38400 && (port->flags & UPF_SPD_MASK) == UPF_SPD_CUST)
quot = port->custom_divisor;
else
quot = s3c24xx_serial_getclk(port, &clksrc, &clk, baud);

/* check to see if we need to change clock source */

if (ourport->clksrc != clksrc || ourport->baudclk != clk) {
s3c24xx_serial_setsource(port, clksrc);
if (ourport->baudclk != NULL && !IS_ERR(ourport->baudclk)) {
clk_disable(ourport->baudclk);
ourport->baudclk = NULL;
}

clk_enable(clk);

ourport->clksrc = clksrc;
ourport->baudclk = clk;
}
其中，uart_get_baud_rate（）函数用于计算出上位机程序到设置的波特率的值，经我调试得知，上位机波特率从2400到921600都可以被准确的计算出来；所以这个函数跳过，然后看最后那个if语句，这个语句的作用是产看目前的时钟源是否与设置的时钟源相同，如果不相同，则按照设置的时钟源进行更改，这里面还涉及linux下的关于管理时钟的一个结构体clk结构体，参照博客http://blog.chinaunix.Net/uid-26583794-id-3208153.html以及http://wenku.baidu.com/view/13b4c686b9d528ea80c77904.html我找到了linux下的mach-smdk2440.c这个文件，这个文件中定义了串口所用的clk结构体，这也是linux系统启动时对串口的初始化配置结构体都在这，但是我更改过这个地方，让他初始化配置是首选fclk作为串口的时钟源，但是我发现这并没有效果，所以继续寻找中。
这样就剩下一个函数可以考虑了，s3c24xx_serial_getclk（），进入这个函数你会发现，这个函数是对串口时钟及波特率一个全面的配置，进入这个函数中，就有个结构体tmp_clksrc，这个结构体很关键，他的内容如下：
static struct s3c24xx_uart_clksrc tmp_clksrc = {
.name = "pclk",
.min_baud
= 0,
.max_baud
= 0,
.divisor
= 1,
};
从这个名字中就可以看出，它把串口的时钟源内定成为了pclk，这也是罪魁祸首，但是当我把name更改为fclk时，整个系统就无法启动了，包括前面说的更改mach-smdk2440.c中初始化配置，也是无法启动，后来在配置串口是做了一个判断，当波特率低于200000时，才有系统源配置不变，当波特率高于200000时，不在采用tmp_clksrc这个结构体，而是采用我自己定义的一个结构体，当然就是把name改成fclk，发现虽然只是能够更改 里面部分参数的时钟源，而正在的时钟源还是pclk，说明我的更改根本么有生效，由于这个linux调用太庞杂了，我就抱着试试看的态度，也是没有办法的办法，在配置完串口时钟的代码之后，添加了如下几行代码，直接更改S3C2440的寄存器，我知道这样做是很不“道德”的，而且很容易引起系统混乱，但是我只是这么试试，没想到还真的有用。

在 samsung.c文件中添加
if (baud >= 200000)
{
printk("baud >= 200000 @-------------samsung.c\n");
__raw_writel(0x1fc5,S3C24XX_VA_UART0 + S3C2410_UCON);
__raw_writel(0x0fc5,S3C24XX_VA_UART1 + S3C2410_UCON);
__raw_writel(0x8fc5,S3C24XX_VA_UART2 + S3C2410_UCON);
__raw_writel(32,S3C24XX_VA_UART0 + S3C2410_UCON+0x24);//保证控制台的波特率还是115200用于显示
__raw_writel(3,S3C24XX_VA_UART1 + S3C2410_UCON+0x24);//921600
//__raw_writel(3,S3C24XX_VA_UART1 + S3C2410_UCON+0x24);
}
上面这段代码经我多次试验得到的，因为一开始用的系统主时钟fclk为400M，这样算出来UBRDIV1分频应该为3，但是这样的话错误率比较高，还是导致无法传输，至此我终于明白手册上为什么说pclk在60M 可以实现921600了，因为用60M时钟计算的话，分频UBRDIV1为3.069，最接近整数3，所以在这个错误率下可以实现921600的波特率传输，所以我将系统时钟fclk设置为420M，其中MDIV=97，PDIV=1，SDIV=1，而ucon0=0x1fc5，ucon1=0x0fc5，ucon2=0x8fc5，这样n=1+6=7，所以串口的时钟源为fclk/n=60M，可以得到精确的921600波特率，所以实现我刚开始的目标，其实要实现其他的波特率也可以，比如460800，计算后主时钟fclk（尽量算出的分频UBRDIV1最贴近整数），然后就可以实现了。

在这还有个小想法，提高串口波特率，还可以使用USB转串口，因为USB转串口可以实现921600，而linux中以及集成了USB转串口的驱动，只需要在调用串口的那个open函数中改为调用USB转串口的节点即可，当然，这个方案我没有试，因为我们就一个USB口，而且还被占用了，所以希望有需要的朋友可以试一下。