Асинхронный старт-стопный режим

Основным режимом работы UART является асинхронный старт-стопный режим. Используется для соединения с удаленными устройствами.

Формат слова, используемого для передачи данных в этом режиме, приведен на следующем рисунке.

Рис. 3.5. Формат слова UART в асинхронном режиме.

Понятие “асинхронный” в данном случае означает, что передаваемые слова следуют друг за другом не непрерывным потоком, а с произвольными неравными интервалами. Другое объяснение этого названия – отсутствие битовых синхросигналов.

Изначально выходной сигнал передатчика должен иметь пассивный уровень, соответствующий логической “1”. Каждая единичная посылка, передающая одно слово данных, состоит из следующих элементов:

1. Старт-бит. Всегда имеет уровень 0, длительность – 1 битовый интервал. Используется для синхронизации приемника и передатчика.

2. Поле данных, содержащее само передаваемое слово. Длительность поля данных может составлять от 7 (в ранних версиях UART – от 4) до 9 битов. Биты передаются, начиная с младшего. Бит 8 (девятый бит) является специфическим для некоторых исполнений UART, используется, например, в микроконтроллерах для организации мультиконроллерной сети для адресации нового корреспондента.

3. Бит четности (или бит паритета). Является необязательным элементом, служащим для контроля ошибок приема на аппаратном уровне. Обычно UART может работать в одном из трех режимов использования бита четности:

- отсутствие бита четности;

- дополнение до четного. Бит принимает такое значение, чтобы число единиц в слове данных было четным;

- дополнение до нечетного числа. Бит принимает такое значение, чтобы число единиц в слове данных было нечетным.

Использование бита четности может быть ограничено. Например, если UART использует 9-битное поле данных, бит четности, как правило, не может быть добавлен к посылке.

Неверное принятое значение бита четности вызывает ошибку четности – parity error.

Контроль четности не является абсолютной гарантией обнаружения ошибки. При наличии двойной ошибки (ошибки в двух битах) бит четности будет воспринят как правильный.

4. Стоп-биты. Всегда имеют уровень “1” (пассивный). Их длительность может составлять 1, 1.5 или 2 битовых интервала. На самом деле это – минимальная длительность пассивного состояния перед следующим старт-битом, необходимая для нормальной синхронизации приемника и передатчика.

Наличие стоп-битов также служит проверкой корректности данных на аппаратном уровне. В случае, если во время приема стоп-битов приемник обнаруживает на своем входе активный уровень, он воспринимает это как ошибку длины кадра (frame error).

При этом в общем случае никаких дополнительных стробирующих сигналов, выполняющих битовую синхронизацию, не используется. Синхронизация между приемником и передатчиком выполняется следующим образом:

· синхронизация начала очередной посылки (очередного передаваемого слова) осуществляется при помощи старт-бита;

· побитовая синхронизация внутри единичной посылки выполняется только за счет точной настройки тактовых генераторов передатчика и приемника.

Вследствие этого асинхронный режим имеет следующие ограничения:

1. Ограничение скорости передачи. Максимальная стандартная скорость передачи, используемая, например, в стандарте RS-232-C (COM-порт), составляет 115,2 Кбит/с, высокоскоростные порты обеспечивают скорость до 921,6 Кбит/с. Эта скорость, как правило, в несколько раз ниже, чем аналогичная скорость передачи в синхронном режиме, что связано с аппаратным алгоритмом работы порта – в асинхронном режиме приемник в течение каждого битового интервала выполняет несколько считываний входной линии, считая принятым уровнем тот, который был считан большее число раз.

2. Ограничение длины единичной посылки (передаваемого слова), что связано с накоплением ошибки при рассинхронизации тактовых частот приемника и передатчика. Эта ошибка обнуляется при приеме нового старт бита. При длине поля данных посылки 8 битов рассинхронизация тактовых частот приемника и передатчика может достигать 3% без потери данных.