串口通信協議層＆SCI簡介————瑞薩RA系列FSP庫開發實戰指南（45）

瑞薩MCU小百科 2025-10-13 12:00

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18.1.2

協議層

串口通訊的數據包由發送設備通過自身的TXD接口傳輸到接收設備的RXD接口。在串口通訊的協議層中，規定了數據包的內容，它由啟始位、主體數據、校驗位以及停止位組成，通訊雙方的數據包格式要約定一致才能正常收發數據，其組成見圖 19_6。

圖 19-6 串口數據包的基本組成

18.1.2.1

波特率

本章中主要講解的是串口異步通訊，異步通訊中由于沒有時鐘信號（如前面講解的DB9接口中是沒有時鐘信號的），所以兩個通訊設備之間需要約定好波特率，即每個碼元的長度，以便對信號進行解碼，圖19_6中用虛線分開的每一格就是代表一個碼元。常見的波特率為4800、9600、115200等。

18.1.2.2

通訊的起始和停止信號

串口通訊的一個數據包從起始信號開始，直到停止信號結束。數據包的起始信號由一個邏輯0的數據位表示，而數據包的停止信號可由0.5、1、1.5或2個邏輯1的數據位表示，只要雙方約定一致即可。

18.1.2.3

有效數據

在數據包的起始位之后緊接著的就是要傳輸的主體數據內容，也稱為有效數據，有效數據的長度常被約定為5、6、7或8位長。

18.1.2.4

數據校驗

在有效數據之后，有一個可選的數據校驗位。由于數據通信相對更容易受到外部干擾導致傳輸數據出現偏差，可以在傳輸過程加上校驗位來解決這個問題。校驗方法有奇校驗（odd）、偶校驗（even）、0校驗（space）、1校驗（mark）以及無校驗（noparity）。

奇校驗要求有效數據和校驗位中“1”的個數為奇數，比如一個8位長的有效數據為：01101001，此時總共有4個“1”，為達到奇校驗效果，校驗位為“1”，最后傳輸的數據將是8位的有效數據加上1位的校驗位總共9位。

偶校驗與奇校驗要求剛好相反，要求幀數據和校驗位中“1”的個數為偶數，比如數據幀：11001010，此時數據幀“1”的個數為4個，所以偶校驗位為“0”。

0校驗是不管有效數據中的內容是什么，校驗位總為“0”，1校驗是校驗位總為“1”。

18.2

SCI簡介

SCI（Serial Communications Interface），意為串行通信接口，是相對與并行通信的概念，是串行通信技術的一種總稱，包括了UART，SPI等串行通信技術。RA6M5的SCI模塊是一個有10個通道的異步/同步串行接口，RA4M2有6個通道，RA2L1有5個通道。

SCI模塊包含如下功能（根據具體型號有所不同）：

UART
8位時鐘同步接口
簡易IIC（只能用作主機）
簡易SPI
智能卡接口（符合ISO/IEC 7816-3國際標準）
曼徹斯特接口
增強的串行接口

另外，RA6M5的SCI0、SCI3~SCI9有獨立的FIFO緩沖區；RA4M2的SCI0、SCI3、SCI4、SCI9有獨立的FIFO緩沖區；RA2L1僅SCI0有獨立的FIFO緩沖區。

18.3

SCI的結構框圖

以RA6M5為例，SCI的結構框圖如下圖所示。接下來我們大致地研究一下它的結構和功能。

18.3.1

功能引腳

見圖中標注①處。

RXDn/SCLn/MISOn：

RXDn：UART接收數據輸入。
SCLn：I2C時鐘信號輸入或輸出。
MISOn：SPI主機信號輸入，從機信號輸出。

TXDn/SDAn/MOSIn：

TXDn：UART發送數據輸出。
SDAn：I2C數據輸入或輸出。
MOSIn：SPI從機信號輸入，主機信號輸出。

SSn/CTSn_RTSn：

SSn：片選信號輸入，低電平有效。
CTSn_RTSn：清除以發送（Clear to Send）或請求以發送（Request to Send）。低電平有效。如果使能RTS流控制，當UART接收器準備好接收新數據時就會將RTS變成低電平；當接收寄存器已滿時，RTS將被設置為高電平。如果使能CTS流控制，發送器在發送下一幀數據之前會檢測CTS引腳，如果為低電平，表示可以發送數據，如果為高電平則在發送完當前數據幀之后停止發送，該引腳只適用于硬件流控制。

CTSn（n = 0，3 to 9）：

清除以發送（Clear to Send），適用于硬件流控制。

SCKn：

時鐘輸出或輸入引腳，適用于同步通信。

18.3.2

發送和接收控制

見圖中標注②處。

通信模式和通信參數設置。
FIFO模式設置。
波特率生成器的時鐘輸入選擇。

18.3.3

數據寄存器和移位寄存器

見圖中標注③處。

RSR接收移位寄存器將RXDn引腳接收到的串行數據轉為并行數據。當接收到一幀數據，數據會被自動傳入RDR/RDRHL或FRDRHL寄存器（在FIFO模式下），并允許RSR繼續接收更多數據，CPU無法直接訪問RSR。
TSR傳輸移位寄存器用于傳輸串行數據。要進行數據傳輸，SCI首先自動將數據從TDR/TDRHL或FTDRHL寄存器（在FIFO模式下）傳入到TSR中，然后將數據發送到TXDn引腳，CPU無法直接訪問TSR。

18.3.4

波特率發生器

見圖中標注④處。

用于控制波特率，具體由BRR（Bit Rate Rigister），MDDR（Modulation Duty Register）和SMR（Serial Mode Register）寄存器控制。SMR在這里對波特率生成器的輸入時鐘進行選擇，可以選擇PCLK，PCLK/4，PCLK/16，PCLK/64，即PCLK/4n（n=0-3）。