El UART: Controlador de hardware para comunicaciones por puerto serie

El UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) es el circuito de hardware dedicado—ya sea un IC discreto (por ejemplo, 16550, 16C550, SC16IS7xx) o un bloque IP dentro de un microcontrolador/SoC—que implementa el protocolo serial asíncrono (bit de inicio, 5–9 bits de datos, paridad, bits de parada) y gestiona la señalización eléctrica (RS-232, RS-485, TTL, LVTTL).

Funciones principales

• Paralelo a Serie (TX): Toma byte de CPU/bus de datos → carga en Registro de Desplazamiento TX → saca bits a velocidad de baudios con enmarcado de inicio/parada/paridad.
• Serie a Paralelo (RX): Detecta bit de inicio → muestrea línea a 16x velocidad de baudios (sobremuestreo) → desplaza bits en Registro RX → verifica paridad/parada → afirma interrupción / establece bandera → CPU lee byte.
• Generador de velocidad de baudios: Divisor (DLL/DLM) divide el reloj del sistema (1.8432 MHz, 14.7456 MHz, 48 MHz, etc.) a velocidad de baudios objetivo (300–921600+).
• Búferes FIFO (16550A+): FIFO TX/RX de 16 bytes reducen la carga de interrupciones de CPU. Niveles de disparo programables (1, 4, 8, 14).
• Control de flujo: Hardware (RTS/CTS, DTR/DSR) o Software (XON/XOFF) a través del registro de control de módem.
• Estado de módem / Control de línea: Entradas DCD, RI, DSR, CTS; salidas DTR, RTS, OUT1, OUT2, Bucle.

UART vs. «Puerto serie»

• UART: El motor de hardware (silicio).
• Puerto serie: La interfaz del sistema (COM1, ttyS0, /dev/ttyUSB0) presentada por SO/controlador, que comprende UART + transceptor (MAX232, MAX485, CP210x, FT232) + conector (DB9, RJ45, USB, encabezado).

Implementaciones comunes

• PC (Legado): Chip Super I/O (ITE, Nuvoton, SMSC) → UART compatible 16550 → DB9 (RS-232).
• Adaptador USB-Serie: FTDI FT232R, Silicon Labs CP2102, Prolific PL2303, CH340 — controlador de dispositivo USB + UART integrado + transceptor.
• Microcontrolador (STM32, ESP32, AVR, PIC, RP2040): Múltiples periféricos UART integrados (USART, LPUART). TTL directo (3.3V/5V).
• FPGA/ASIC: Núcleo IP soft (Xilinx UARTlite, Intel Avalon UART) o macro endurecido.

Registros clave (Estándar 16550)

Conclusión: El UART es el caballo de batalla de silicio; el puerto serie es la abstracción del SO. Sin UART = sin comunicaciones serie (salvo bit-banging GPIO).