在嵌入式通信领域，UART（通用异步收发器）是一个非常重要的概念，也是面试中经常会涉及到的考点。下面我们将详细探讨关于 UART 的一系列常见面试问题。
　　1. UART 和 USART 的区别
　　UART 即通用异步收发器，只支持异步通信；而 USART 即通用同步异步收发器，既支持同步通信，又支持异步通信。两者在硬件和数据传输方面存在明显差异。
　　硬件方面
　　时钟信号：UART 不需要外部时钟信号，它依靠波特率生成时钟。而 USART 在同步模式下需要外部提供时钟信号，用于同步数据传输。例如，在一些对数据同步要求较高的工业控制场景中，USART 的同步模式就能够发挥重要作用。
　　引脚需求：UART 通常只需和地线等基本引脚。USART 在同步通信时，除了数据线，还需要时钟线来传输时钟信号。这使得 USART 的硬件连接相对复杂，但也为其实现同步通信提供了可能。
　　数据传输方面
　　数据帧结构：UART 数据帧一般由起始位、数据位、校验位和停止位组成，结构相对固定。USART 的数据帧结构更灵活，数据位可配置为 5 - 9 位，停止位可选择 1 - 2 位。这种灵活性使得 USART 能够适应更多不同类型的数据传输需求。
　　传输速率：UART 数据传输速率相对较低，通常在 115200bps 以下。USART 由于支持同步通信，数据传输速率较高，通常可高达 2Mbps。在需要高速数据传输的应用中，如高速数据采集系统，USART 就具有明显的优势。
　　传输模式：UART 采用异步传输模式，发送方和接收方没有公共时钟，依靠约定的波特率来保持数据同步。USART 有同步和异步两种传输模式，用户可以根据具体的应用场景选择合适的传输模式。

　　2. UART 要配置那些参数

　　UART 的配置参数对于实现正确的数据传输至关重要，主要包括以下几个方面：
　　波特率：指单位时间内传输的二进制位数，常见有 9600bps、115200bps 等。发送方和接收方需设置相同波特率，确保数据位的采样和发送频率一致，实现正确的数据传输。例如，在一个简单的与电脑的通信中，双方都设置为 9600bps，才能保证数据的准确传输。
　　数据位：指每次传输数据的位数，一般有 5 位、6 位、7 位、8 位或 9 位。它决定了能传输的有效数据量，与被传输的数据类型和协议相关，如 ASCII 码常用 7 位或 8 位数据位。
　　校验位：用于数据传输校验，有奇校验、偶校验、无校验等方式。奇校验保证数据位和校验位中 “1” 的个数为奇数，偶校验则为偶数。接收方通过校验判断数据是否传输错误。在一些对数据准确性要求较高的通信中，如金融数据传输，通常会采用校验位来保证数据的准确性。
　　停止位：表示数据帧结束的标志位，位数可为 1 位、1.5 位或 2 位。使接收方有时间处理数据并准备接收下一帧数据，不同通信设备可能需要不同的停止位设置。
　　流控制：用于协调数据发送方和接收方的速率，有硬件流控制（RTS/CTS）和软件流控制（XON/XOFF）。硬件流控制通过 RTS、CTS 信号控制数据传输；软件流控制用特定字符（如 XON、XOFF）通知对方暂停或继续发送数据，防止数据丢失。在一些大数据量传输的场景中，流控制能够有效地避免数据丢失和传输错误。

　　3. UART 通信时序

　　UART 的通信时序包括多个阶段，下面为你详细介绍：
　　空闲状态：在没有数据传输时，UART 的数据线处于高电平状态，代表逻辑 “1”，此时处于空闲状态。
　　起始位：当发送方准备发送数据时，首先会将数据线拉低，产生一个逻辑 “0” 信号，持续时间为一个波特周期，以此来表示数据传输的开始，接收方检测到这个下降沿后，就知道有数据要传输了。
　　数据位：起始位之后是要传输的数据位，数据位可以是 5 位、6 位、7 位、8 位或 9 位等，具体位数由通信双方事先约定。数据位按照低位在前、高位在后的顺序依次发送，每个数据位的持续时间也是一个波特周期。
　　校验位：校验位紧跟在数据位之后，用于验证数据传输的正确性，可选奇校验、偶校验、0 校验、1 校验或无校验。若采用奇校验，会保证数据位和校验位中 “1” 的个数为奇数；若为偶校验，则保证 “1” 的个数为偶数。校验位的持续时间同样为一个波特周期。
　　停止位：停止位位于数据帧的末尾，用于表示一帧数据的结束，通常为逻辑 “1”，可以是 1 位、1.5 位或 2 位，其持续时间相应为一个、一个半或两个波特周期。停止位的作用是给接收方提供一个数据接收完成的标志，同时也为双方的时钟同步提供一个短暂的调整时间。
　　空闲位：在一帧数据传输完成后，总线会自动回到高电平状态，形成空闲位，等待下数据传输的开始。
　　下面以传输字节数据 0x55（二进制为 01010101）为例，假设采用 1 位起始位、8 位数据位、偶校验、1 位停止位，波特率为 9600bps，其时序如下：首先是起始位的低电平，持续约 104.2μs（1/9600s）；然后依次发送数据位的 10101010，每个数据位持续 104.2μs；接着是偶校验位为 0，持续 104.2μs；是停止位的高电平，持续 104.2μs。
　　4. UART 的 RX 引脚为什么要上拉
　　UART 的 RX 引脚进行上拉操作主要有以下几个原因：
　　抗干扰：当 RX 引脚配置为浮空输入模式时，输入阻抗高，抗干扰能力弱，易受外部电磁干扰和系统内部干扰，如靠近 TX 引脚或 RS485 的 DE 引脚时，易被干扰。上拉后，引脚默认处于高电平，干扰信号需将电平拉低到一定程度才会影响数据接收，能增强抗干扰能力。
　　确定默认状态：在没有数据传输时，将 RX 引脚设置为上拉，使其处于确定的高电平状态，代表逻辑 “1”。这样接收方可以明确当前没有数据输入，避免因引脚状态不确定而产生误判，认为有数据或出现错误的数据起始信号等。
　　匹配电平：在某些通信场景中，发送方输出的高电平可能与接收方 RX 引脚的输入高电平阈值存在差异。上拉电阻可以帮助调整 RX 引脚的电平，使其更好地匹配发送方的输出电平，确保接收方能够正确识别发送方发送的逻辑 “1” 信号。
　　解决未连接问题：当 UART 接口未连接到发送设备时，若 RX 引脚无上拉，其状态可能不确定，会导致 UART 控制器产生误判，出现通信错误。上拉电阻能使未连接时 RX 引脚为高电平，避免此类问题。
　　5. 串口如何接受不定长数据
　　串口接收不定长数据可以采用以下几种方法：
　　基于特定结束标志：在发送数据时，在数据末尾添加一个特定的字符或字符序列作为结束标志。接收方在接收数据时，不断读取串口数据，直到接收到这个结束标志，就认为数据接收完成。例如，假设结束标志为 “\r\n”，接收程序使用循环不断读取串口数据，将数据存储在缓冲区中，当检测到 “\r\n” 时，说明一帧数据接收完毕，然后对缓冲区中的数据进行处理。
　　基于定时器超时：启动一个定时器，在接收数据的过程中，每接收到一个字节的数据，就重置定时器。如果在一定时间内没有接收到新的数据，定时器就会超时，此时认为数据接收完成。例如，设定定时器超时时间为 100 毫秒，当开始接收数据时启动定时器，每接收到一个字节，就将定时器重新设置为初始值。若 100 毫秒内没有新数据到来，定时器超时，触发接收完成事件，对已接收的数据进行处理。
　　基于协议规定的长度字段：在数据帧的开头或其他固定位置设置一个字段，用于表示数据帧的长度。接收方首先读取这个长度字段，然后根据长度字段的值来确定需要接收的数据字节数，按照这个数量进行数据接收。例如，假设数据帧的前两个字节表示数据长度，接收方先读取这两个字节，解析出数据长度为 N，然后继续从串口读取 N 个字节的数据，完成数据接收后进行处理。
　　基于状态机：根据串口数据的格式和通信协议，设计一个状态机。状态机根据接收到的数据和当前状态进行状态转换，当状态机达到特定的结束状态时，认为数据接收完成。例如，初始状态为等待起始标志，接收到起始标志后进入数据接收状态，在数据接收状态中根据协议规则判断是否接收完所有数据，若接收完则进入结束状态，触发数据处理操作。