UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 범용 비동기 송수신기) 프로토콜 분석은 UART 통신 데이터를 캡처, 디코딩 및 검증함으로써 장치 간 데이터 전송의 정확성과 신뢰성을 보장하기 위한 전자 공학 및 임베디드 시스템 개발에서 흔히 볼 수 있는 디버깅 작업입니다.다음은 UART 프로토콜 분석에 대한 자세한 설명입니다.

1. UART 프로토콜 기반: 비동기 통신의 핵심 메커니즘

시작 위치: 낮은 레벨 (0), 플래그 데이터 전송 시작, 1 비트 주기 지속.

데이터 비트: 일반적으로 5-9 비트 (일반 8 비트) 이며 LSB (로우 비트) 우선 순위로 전송됩니다.

체크비트 (선택 사항): 홀수 체크, 짝수 체크 또는 비체크로 단비트 오류를 감지합니다.

정지 비트: 높은 레벨 (1), 1-2 비트 사이클 지속, 데이터 전송 종료를 나타냅니다.

전송률: 초당 전송되는 비트 수 (예: 9600, 115200) 는 송수신 쌍방이 엄격히 일치해야 한다.

데이터 정렬을 위해 시작 비트와 전송 속도에 의존하는 클럭 신호 동기화가 없습니다.

유휴 상태: 버스는 높은 레벨 (1) 을 유지하며 무수한 데이터가 전송될 때 이 상태입니다.

2. UART 프로토콜 분석의 핵심 목표

통신 매개 변수 확인: 전송 속도, 데이터 비트, 검사 비트 및 중지 비트 설정이 일치하는지 확인합니다 (예: 송신단이 9600-8-N-1로 설정된 경우 수신단이 일치해야 함).

전송률 편차 (예: 실제 전송률이 9600이 아닌 9610) 를 감지하면 데이터가 어긋날 수 있습니다.

데이터 캡처 및 디코딩: 원래 파형을 ASCII 문자, 16진수 값과 같은 읽기 가능한 형식으로 변환합니다.

프레임 오류: 노이즈 간섭으로 인해 중지 비트가 낮아지는 경우 중지 비트가 높은 레벨이 아닙니다.

유효성 검사 오류: 수신 데이터가 유효성 검사 위치와 일치하지 않습니다 (예: 송신단이 짝수 검사로 설정되어 있고 수신단의 계산 결과가 특이함).

오버플로우 오류: 수신 버퍼가 가득 차서 새 데이터가 버려집니다 (고속 통신 또는 처리 지연 장면에서 흔히 볼 수 있음).

첫 번째 데이터 비트를 따라 시작 비트가 내려가는 지연이 전송률 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.

연속 프레임 사이의 간격 (예: 10ms) 이 장치 응답 시간 요구 사항을 충족하는지 확인합니다.

3. UART 프로토콜 분석 도구 및 방법

1. 논리 분석기

이점:

- 다중 채널 동시 캡처(TX, RX, CTS/RTS 등의 신호를 동시에 모니터링할 수 있음)

- ASCII 문자 또는 16진수 데이터를 직접 표시하는 UART 디코딩 엔진이 내장되어 있습니다.

- 특정 문자열 "ERROR" 또는 특정 주소를 캡처하는 데이터 프레임과 같은 트리거 조건을 지원합니다.

작업 단계:

- UART의 TX(송신) 및 RX(수신) 선에 논리 분석기 프로브를 연결합니다.

- 샘플링 속도 설정(예: 115200 전송률 ≥ 1.152MS/s 필요)

- 모서리 또는 단어 트리거 "0x41"(ASCII'A')과 같은 트리거 조건을 구성합니다.

- 데이터를 캡처하고 디코딩 결과를 검토하여 오류 플래그가 있는지 확인합니다.

2. 오실로스코프(UART 디코딩 기능 포함)

이점:

- 신호의 파형 세부 사항 (예: 시작 위치 하강 방향의 가파른 정도, 노이즈 수준) 을 관찰합니다.

- 신호 폭을 측정합니다(높은 레벨 ≥ 2.4V, 낮은 레벨 ≤ 0.8V, TTL 표준 준수 보장).

작업 단계:

- 오실로스코프 프로브를 UART의 TX 또는 RX 선에 연결합니다.

- UART 디코딩을 활성화하고 전송률 및 데이터 형식을 설정합니다.

- 캡처를 트리거하고 파형을 관찰하여 시작 비트, 데이터 비트 및 정지 비트의 타이밍 관계를 확인합니다.