3. UART 串口通信原理与轮询驱动
好，咱们今天来聊聊串口。说实话，在嵌入式开发里，UART 是我用得最多的外设，没有之一。调试信息、日志输出、与传感器通信，甚至有时候做简单的 bootloader，都离不开它。D1s 这颗芯片的 UART0，默认就接在了调试串口上，所以咱们先从它入手。
3.1 UART 协议基础
UART，全称是 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter。说白了，就是通用异步收发器。它不需要时钟线，只需要两根数据线：TX（发送）和 RX（接收）。
它的通信格式是这样的：
- 起始位：拉低电平，表示开始传输
- 数据位：5~8 位，通常用 8 位
- 校验位：可选，奇校验或偶校验
- 停止位：拉高电平，表示结束
我刚开始学的时候，总觉得这玩意儿挺玄乎。后来自己用逻辑分析仪抓了一次波形，一下子就明白了。你想想看，没有时钟线，双方怎么同步？靠的就是这个起始位。接收端检测到电平从高变低，就知道要开始收数据了。
波特率：这是 UART 通信的灵魂。双方必须约定好相同的波特率，比如 115200。波特率决定了每个 bit 的时长。D1s 的 UART0 最高能跑到 4Mbps，不过咱们调试用 115200 就够了。
3.2 D1s UART0 寄存器配置
D1s 的 UART0 挂在 APB2 总线上。要让它工作，得先打开时钟，再配置引脚复用，最后设置波特率和数据格式。
我个人习惯，先把寄存器地址定义好。这样写代码时一目了然：
// UART0 基地址
#define UART0_BASE 0x02500000
// 寄存器偏移
#define UART0_RBR (UART0_BASE + 0x00) // 接收缓冲寄存器
#define UART0_THR (UART0_BASE + 0x00) // 发送保持寄存器
#define UART0_DLL (UART0_BASE + 0x00) // 除数锁存器低字节
#define UART0_DLH (UART0_BASE + 0x04) // 除数锁存器高字节
#define UART0_IER (UART0_BASE + 0x04) // 中断使能寄存器
#define UART0_LCR (UART0_BASE + 0x0C) // 线路控制寄存器
#define UART0_LSR (UART0_BASE + 0x14) // 线路状态寄存器
#define UART0_USR (UART0_BASE + 0x7C) // UART 状态寄存器嗯，这里要注意。RBR 和 THR 是同一个地址，读就是收，写就是发。DLL 和 DLH 也是同一个地址，但需要先设置 LCR 的 DLAB 位才能访问。
配置步骤其实就三步：
- 使能时钟：操作 CCU 模块，打开 UART0 的时钟门控
- 配置引脚：将 PB8/PB9 复用为 UART0 的 TX/RX
- 设置参数：波特率、数据位、停止位、校验位
我曾经在某个项目里，因为忘了开时钟，折腾了整整一个下午。后来学乖了，每次初始化外设，第一件事就是检查时钟有没有打开。
波特率的计算公式很简单：
// 时钟频率 24MHz，目标波特率 115200
// 除数 = 时钟频率 / (16 * 波特率)
// 除数 = 24000000 / (16 * 115200) = 13.02
// 取整后，实际波特率 = 24000000 / (16 * 13) = 115384
// 误差约 0.16%，完全可用D1s 的 UART 时钟源是 24MHz，这个值在数据手册里有。我建议你直接用 13 作为除数，误差很小。
小技巧：如果你需要精确的波特率，可以用 1.8432MHz 的时钟源。但 D1s 默认是 24MHz，115200 的误差已经足够小，不用纠结。
3.3 轮询方式发送与接收字符
轮询，说白了就是死等。发送时，等发送缓冲区空；接收时，等接收缓冲区有数据。虽然效率不高，但简单可靠，调试阶段最实用。
先看发送：
void uart_putchar(char c) {
// 等待发送缓冲区空
while (!(readl(UART0_LSR) & (1 << 5)));
// 写入数据
writeb(c, UART0_THR);
}接收也类似：
char uart_getchar(void) {
// 等待接收数据就绪
while (!(readl(UART0_LSR) & (1 << 0)));
// 读取数据
return readb(UART0_RBR);
}这里有个坑，我必须要说一下。LSR 寄存器的 bit5 是发送保持寄存器空标志，bit0 是接收数据就绪标志。但 D1s 的数据手册里，还提供了一个 USR 寄存器，它的 bit0 是 UART 忙标志。我建议你只用 LSR，因为 USR 在某些版本里行为不一致。
注意：轮询接收时，如果没有数据，程序会卡死在 while 循环里。所以实际项目中，要么加超时，要么用中断。咱们现在只是演示原理，先这么写。
3.4 实现 printf 函数
有了 putchar，实现 printf 就水到渠成了。嵌入式里最常用的做法，就是重写 _write 函数，把输出重定向到串口。
我习惯用这样的方式：
// 重定向 _write 到串口
int _write(int file, char *ptr, int len) {
int i;
for (i = 0; i < len; i++) {
uart_putchar(ptr[i]);
}
return len;
}这样，你只要在代码里包含 <stdio.h>，然后直接调用 printf 就行了。不过要注意，D1s 的裸机环境没有标准库支持，你得自己实现 _write 和 _read。
如果你不想依赖标准库，也可以自己写一个简易的 printf：
void my_printf(const char *fmt, ...) {
va_list args;
char buf[256];
va_start(args, fmt);
vsnprintf(buf, sizeof(buf), fmt, args);
va_end(args);
char *p = buf;
while (*p) {
uart_putchar(*p++);
}
}我个人更推荐第二种方式。为什么呢？因为标准库的 printf 太庞大了，动不动就几十 KB。在裸机环境里，能省则省。而且自己写的，出了问题也好排查。
实战建议：调试阶段，先用轮询方式把 printf 跑通。等后面学了中断，再改成中断方式。这样一步步来，不容易出问题。
好了，UART 的轮询驱动就讲到这里。下一节咱们会深入中断，到时候串口就能真正解放 CPU 了。你先把今天的代码跑一遍，看看串口能不能打印出 "Hello, D1s!"。