--本篇由Mr_Don版主撰写
常常在不同的论坛上看到很多新学Nios/NiosII的朋友们问几乎同样的问题，
形如：

“请问NiosII下应该如何编写串口程序呢？有没有例子能让我参考一下？”

每次见到这样的帖子我都想回复他，但又觉得一言难尽，软件开发手册里面是有例子的，但是遗憾的是不够详细，所以即使回复一个人又会有很多人跟帖，感觉一句一句好像总是说不完。现在就在NiosII Step by Step这一部分里面给大家讲讲UART。注意，这只是我个人使用UART IP的经验，可能关于这个IP的很多底层细节都没有涉及到，或者还有一些特性我不知道或尚未使用过。所以这里只是给大家开个如何使用UART IP的头，具体更广泛更深层的应用还得靠大家继续分享你们的经验。毕竟，这只是入门的文档，不过，对于不是很复杂的应用(例如参加竞赛)应该差不多了，呵呵。

首先要清楚UART模块的应用并不难，要对自己有信心。

本文将分为四个部分：
1）UART IP介绍调试串口通信的需要的工具；       
2）软件开发手册上的程序分析和两个最简单的例子；
3）实战部分：我个人用这个IP调过的两个不同模块及部分程序分析；
4）关于仿真以及目前使用该IP发现的问题（---啊？？？做好心理准备去接受哦，呵呵）

(注：四个部分将分为两个part来介绍，本文是part 1 ，介绍前两个部分内容)

第1）部分：UART IP介绍及调试串口通信的工具

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通用异步收发器，是嵌入式系统上很常用的一个串行接口。这么说的原因是因为RS-232串口本身由于数据速率比较慢而且误码率相对偏高，正在从笔记本电脑的接口配置中慢慢消失，逐渐被USB接口所代替。但是另一方面，由于其方便、简单、易用等特性，它在嵌入式系统中依然扮演着十分重要的角色。所以Altera才把UART作为一个连接Nios/NosII和其相关外设的IP放在SOPCBuilder里面供用户使用。Nios一代调试甚至用的就是直接是串口。

首先要注意的是：Altera所提供的UART IP虽然实现了RS-232接口的异步时序逻辑，但是不能直接连接或驱动一个RS-232串口。原因在于Altera大多数的FPGA器件不符合RS-232的逻辑电平规则，如果直接连上获驱动可能会损害器件。所以连接通过RS-232串口通信的一个设备时，在Nios/NiosII和外设接口之间要加电压转换芯片（例如 Maxim的 Max232），这样才能首先保证电气上没问题。所以大家在自制电路板时，一定别忘了这一点。

关于串口通信用到的其他一些位，例如奇偶校验位等，这里不打算涉及，一般按照默认就可以了。另外，数据一桢的位数一般也都是8位，停止位一般也就1位，按默认走，不用改。还有一些选项属于高级一些的应用，这里不打算深究。本文的目标只要教会大家如何用串口就够了，呵呵。

串口调试时建议大家使用串口调试的小工具，这样的工具网上有很多，大家可以随便找找，实在不行我在这个帖子后面给大家附上一个，很好用。在PC上只用这个小工具就够了，可以测试待测模块的收、发。

调试时建议采取的方法：先将待调外设的串口和PC主机的串口连上，然后先看看外设和主机之间能不能通信，如果可以那么就可以继续下一步了；如果不行，那么你的问题多半是出在外设本身上，看看是不是波特率不匹配什么的还是别的什么问题。经过这一步，下来就是验证Nios系统将要使用的串口（已经经过电压转换芯片的转接）是否正常。我们可以通过把它也连接到PC的串口上看看是否能正常通信来验证。怎么验证是否能通信呢？请看下一部分介绍：

第2）部分：软件开发手册上的程序分析和两个最简单的例子

先看第一个：

＃i nclude <stdio.h>
int main ()
{
printf("Hello world.\n");
return 0;
}

真是熟悉得不能再熟悉了。但是这个程序很值得说一说。
首先看它的头文件<stdio.h>，这说明两个问题。第一，NiosII的编程是支持ANSI C库的；第二，这里使用的是有关标准IO的库，这就说明程序里的printf语句是把输出结果送到标准输出流上。那么这个标准输出流是什么，又在哪里呢？请看下图：

打开一个hello_world的样板工程，再打开System Libraries Properties选项，你会看到：

看见了正中间的三个“jtag_uart”了么？现在的stdout\ stdin\ stderr都是导向jtag_uart的，所以当你运行这个工程（Run As NiosII Hardware）时，你才可以看到“Hello from NiosII!”显示在NiosII IDE下面的console 显示框里。因为那里就是jtag_uart接口的用户界面。

那么如果我们改变stdout\ stdin\ stderr的位置会怎样呢？请看下图：

现在我已经将stdout\stdin改成了pc_uart。这是我在SOPCBuilder里面自己添加的一个UART IP接口，用于连接NiosII和PC，主要就是用来调试NiosII能否和PC之间通信。

这个时候你再次运行该工程（Run As NiosII Hardware）你会发现“Hello from NiosII!”不显示了！呵呵，注意，结果只是不显示在NiosII IDE下的console里面了，但不代表就不显示了。相反，结果转而送往pc_uart这个接口，而不是jtag_uart接口了。也就是说这时候你在PC上的串口调试工具下才可以看见相应的结果（前提是必须波特率及其它的一些串口基本设置必须匹配）。

以上就是一个输出字符流的重定向过程。输入流的控制也可类比于此。如果把stdin重新改成jtag_uart，那么你在NiosII IDE的console下面就可以对硬件芯片里面运行着的NiosII处理器发送接受自用户的自符（可以是普通的字符，也可以是某种命令字符）。同样，如果stdin还是用pc_uart，那么输送自符只能在PC机上的串口工具里完成。

怎么样，一个这么简单的程序其实还是比你想的要复杂一些吧？呵呵，不用怕，经过上面的介绍，你已经对于NiosII下的字符流输入输出有了一定的了解了。其实这是一种很重要的字符流重定向的方法。还有一种自符流定向的方法我很快就在下面介绍。这里想就这种方法再多说上两句。如果你在SOPCBuilder里面添加了要用的串口通信模块的UART接口（例如最典型的GPS设备），你不用编写程序就可以直接从设备中接收数据，方法就是把stdin定向成gps_uart（名字随便起），stdout设为jtag_uart，你就会发现只需要对收到的数据编写程序进行包分解处理就行了，而接收数据的过程NiosII IDE已经自动帮你搞定了，呵呵。

不过这个方法有个很大的局限性。很明显，System Libraries Properties选项下给出的只有stdout\ stdin\ stderr三个选项，而一般stderr用的不多，所以实际上你只能最多同时使用两个不同的串口通信的外设模块。除去调试NiosII本身用的jtag_uart（把stdout设为jtag_uart），你只能用一个模块了，而且该模块只能实现输入一种功能。这是不够的，如果遇到要调试GSM这样交互性很强的模块，你就真没办法了，因为你不仅需要向它发送命令，还需要接收该模块的反馈（例如你发送“AT”，它应该反馈回来“OK”），可是还需要在jtag_uart console下观察输出和反馈回来的结果啊。而stdin/stdout都被GSM已经占了，jtag_uart形同虚设，根本看不到发出去和收到的字符（甚至不可能发出去），所以这样是肯定不行的。

建议：以上的方法只适用于刚学习NiosII下串口编程的朋友，如果你想在你的系统上集成两个或者两个以上的串口外设（包括jtag_uart），那么请用第二种方法。

下面介绍第二种串口编程的方法，我们还是从一个简单的例子看起吧：

＃i nclude <stdio.h>
＃i nclude <string.h>

int main (void)
{
char* msg = “hello world”;
FILE* fp;
fp = fopen (“/dev/jtag_uart”, “r+”);
if (fp)
{
fprintf(fp, “%s”,msg);
fclose (fp);
}
return 0;
}

这种方法才是标准的串口操作方法。说实话，NiosII下的串口编程比Nios下的已经简化了很多。Nios下的串口操作要调用Altera自定义的函数，而NiosII下，由于有了HAL（详见NiosII step by step 2关于HAL的介绍）的存在，串口编程已经成为标准的文件操作了。

我们知道，在Unix/Linux等操作系统里所有的流操作都可以看成是文件，NiosII吸收了这一点（可能是因为Nios吸收了Cygwin的很多特性吧，呵呵），把对串口的流操作也当成了一种文件操作。操作一个串口时，只需要对它相应的设备驱动读写数据就好了。
fp = fopen (“/dev/jtag_uart”, “r+”);
这个语句的意思就是打开jtag_uart的驱动，并且可以对其进行读写（r+），

if (fp)
{
fprintf(fp, “%s”,msg);
fclose (fp);
}

这段语句的意思就是如果文件打开没问题，指针句柄有效，就可以用fprintf语句向这个串口写数据了，这里要写的数据是一个字符串。写完之后关闭文件。你看，所有的操作几乎与C语言下的文件操作没什么区别，呵呵，唯一不同的就是待操作的文件是你要操作的外设，而不是一个“文件”。

利用这种方法，你可以立刻举一反三，只要改动一点点，就可以操作所有的串口外设了。要改动的就是/dev/jtag_uart，把/dev/后面的外设名改改就是了。例如我要操作NiosII与PC之间的通信，只要改为/dev/pc_uart就行啦。

再延伸一点，如果你的系统里面要添加四个使用串口流的设备，分别是JTAG UART、PC UART、GSM UART、GPS UART，那么对于每个外设，只要编写四个相应的文件操作程序就行了：

fp = fopen (“/dev/jtag_uart”, “r+”);
fp = fopen (“/dev/pc_uart”, “r+”);
fp = fopen (“/dev/gps_uart”, “r+”);
fp = fopen (“/dev/gsm_uart”, “r+”);

当然，不要把所有外设的操作都写在一个程序里，应该分开写，最后分成不同的函数，再最后集成到一个main函数里。这是编程细节方面的问题了，不多说了。

以上介绍的方法就是我们一般会采用的方法，具有很大的灵活性，可随时更改、添加外设程序，克服了第一种方法的局限性。

说到这里，你应该知道其实第一种方法就是第二种方法的在NiosII IDE里面的隐含集成，其实图形用户界面背后也不过就是第二种方法的程序，只是stdin/stdout/stder都是由你指定罢了，呵呵。（估计Altera设计这三个选项就是为了方便懒人和初学者，呵呵）

好了，这就是part 1 的内容了，先写到这里，后面我会为大家继续添加part 2 的内容。相信看到这里，你已经对NiosII下的串口编程有了一定的认识了吧，加油，呵呵。

NiosII Step by Step (5) --- UART（part 2）
（续）--进阶篇
上一次的NiosII Step by Step (5) --- UART（part 1）已经给大家讲了如何使用UART这个IP和两种常用的编程技巧。这次的part 2里将会给大家讲两个实际的应用例子，以及过去使用该IP时发现的问题。

第3）部分：实战部分：个人用这个IP调过的两个不同模块及部分程序分析

这部分将向大家举两个串口程序的例子，一个是关于GPS信息接收的程序分析，一个是GSM模块操作的程序分析。程序都是自己以前编的，所以水平有限，可能没有过多的考虑程序性能的问题，还请大家谅解。

只要是串口通信的设备都可以通过PC机上的串口调试程序来调试，所以建议初次调试从设备本身和PC的串口开始。当然不用串口调试程序，用Windows自带的超级终端也可以，只是个人感觉不太好用，呵呵。<