本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)嵌入式通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種串口通信方法。

背景技術(shù)：

串口通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸穩(wěn)定、簡(jiǎn)單實(shí)用等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，有的系統(tǒng)往往需要實(shí)現(xiàn)多路串口通信來實(shí)現(xiàn)不同的控制和信息采集等不同的需求，例如將某一路串口用于采集數(shù)據(jù)，而另外一路串口用于發(fā)送控制命令等。另外，在基于串口的通信設(shè)備研發(fā)過程中，經(jīng)常需要監(jiān)視通信雙方的數(shù)據(jù)收發(fā)交互情況，特別是在軍用控制系統(tǒng)中，對(duì)于數(shù)據(jù)收發(fā)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性有著嚴(yán)格的要求，因此對(duì)于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)還需要知道通信雙方收發(fā)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確時(shí)間，往往需要精確到毫秒甚至微秒級(jí)別。

在目前的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，考慮到成本等各方面的因素，CPU本身提供了對(duì)于串口通信端口的支持，一般是支持一到二路串口的支持。因此，在需要多于兩路串口的應(yīng)用中，必須要在硬件中增加相關(guān)通信芯片來擴(kuò)展串口。在CPU與擴(kuò)展芯片之間的連接方式有基于GPIO的連接方式以及基于PCI或PCIe總線連接方式；其中，通過基于GPIO的連接方式去實(shí)現(xiàn)CPU與擴(kuò)展芯片之間連接不僅存在軟件工作量很大，而且在實(shí)時(shí)性方面要實(shí)現(xiàn)起來有難度；基于PCI或PCIe總線連接方式，則需要消耗PCI或PCIe總線資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種多路串口通信方法，能夠便捷地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中的多路串口通信任務(wù)，在降低總線資源消耗的基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)開發(fā)與調(diào)試效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。

基于Local Bus總線的多路RS422串口通信方法， 該方法基于多路RS422串口通信裝置以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks實(shí)現(xiàn)，多路RS422串口通信裝置包括CPU最小系統(tǒng)、UART芯片、晶振電路以及N個(gè)RS422轉(zhuǎn)換芯片，所述UART芯片與CPU最小系統(tǒng)之間通過Local Bus總線連接，UART芯片與RS422轉(zhuǎn)換芯片之間通過差分信號(hào)線連接；晶振電路與UART芯片連接；

所述方法具體包括以下步驟：

A.CPU最小系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)用戶接口層API函數(shù)與上層應(yīng)用相互通信；

B.設(shè)置UART芯片與CPU最小系統(tǒng)之間的Local Bus總線；

C.設(shè)置多路RS422驅(qū)動(dòng)程序；

D.采用中斷服務(wù)觸發(fā)相應(yīng)通道的RS422轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

上述基于Local Bus總線的多路RS422串口通信方法，步驟B中的Local Bus總線包括控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線，控制總線包括LCS片選信號(hào)線、INT中斷控制線、ER/W讀寫使能信號(hào)以及RST復(fù)位信號(hào)線。

上述基于Local Bus總線的多路RS422串口通信方法，步驟C具體包括以下步驟：

C1.初始化UART芯片參數(shù)；

C2.設(shè)置每個(gè)通道設(shè)備的中斷連接；

C3.RS422驅(qū)動(dòng)函數(shù)注冊(cè)；

C4.在VxWorks操作系統(tǒng)中為每個(gè)通道創(chuàng)建相應(yīng)設(shè)備并與相應(yīng)的RS422轉(zhuǎn)換芯片關(guān)聯(lián)。

上述基于Local Bus總線的多路RS422串口通信方法，步驟C1中所述的UART芯片參數(shù)包括通信模式、中斷號(hào)、波特率以及晶振參數(shù)。

上述基于Local Bus總線的多路RS422串口通信方法，步驟C3中所述的RS422驅(qū)動(dòng)函數(shù)包括Open，Close，Read，Write和Ioctrl函數(shù)。

上述基于Local Bus總線的多路RS422串口通信方法，步驟C4具體包括以下步驟：

C41.為每個(gè)通道設(shè)置不同的中斷號(hào)；

C42.關(guān)聯(lián)中斷號(hào)與中斷函數(shù)；

C43.調(diào)用RS422驅(qū)動(dòng)函數(shù)注冊(cè)到操作系統(tǒng)中；

C44.與相應(yīng)的RS422轉(zhuǎn)換芯片關(guān)聯(lián)。

上述基于Local Bus總線的多路RS422串口通信方法，步驟D所述中斷服務(wù)具體包括以下步驟：

D1.獲取引發(fā)中斷的通道號(hào)i；

D2.關(guān)閉i通道中斷；

D3.讀取UART芯片i通道的IIS狀態(tài)寄存器，獲取UART芯片中的中斷類型；

D4.根據(jù)中斷類型進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理；

D5.數(shù)據(jù)處理完成后，打開i通道中斷。

上述基于Local Bus總線的多路RS422串口通信方法，步驟D4包括以下內(nèi)容：

D41.判斷中斷信號(hào)是否異常，如中斷信號(hào)異常，進(jìn)行異常處理；如中斷信號(hào)正常，則進(jìn)行步驟D42；

D42.CPU最小系統(tǒng)指令判斷是否接收有效中斷，如是，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收；如否，則進(jìn)行步驟D43；

D43. CPU最小系統(tǒng)指令判斷是否發(fā)送有效中斷，如是，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；如否，打開i通道中斷。

由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步如下。

本發(fā)明能夠便捷地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中的多路串口通信任務(wù)，具有易于擴(kuò)展、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、軟件開發(fā)工作量大幅減少的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)多層次需求。另外，本發(fā)明的應(yīng)用，能夠在降低總線資源消耗的基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體流程圖；

圖2為本發(fā)明所述多路RS422驅(qū)動(dòng)設(shè)置的流程圖；

圖3為本發(fā)明所述中斷服務(wù)程序的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

一種基于Local Bus總線的多路RS422串口通信方法， 該方法基于多路RS422串口通信裝置以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明中的多路RS422串口通信裝置包括CPU最小系統(tǒng)、UART芯片、晶振電路以及N個(gè)RS422轉(zhuǎn)換芯片， UART芯片與CPU最小系統(tǒng)之間通過Local Bus總線連接，UART芯片與RS422轉(zhuǎn)換芯片之間通過差分信號(hào)線連接；晶振電路與UART芯片連接。

CPU最小系統(tǒng)即Local Bus控制器，用于控制Local Bus總線；本實(shí)施例中優(yōu)選CS51單片機(jī)。UART 芯片完成數(shù)據(jù)收發(fā)的串、并轉(zhuǎn)換。RS422轉(zhuǎn)換芯片選擇全雙工高速RS422 通信接口轉(zhuǎn)換芯片,具有輸出短路保護(hù)功能以及接收失效保護(hù)功能,通過減少由長(zhǎng)線引起的內(nèi)部信號(hào)干擾來增加可靠通信的距離與速度。晶振電路用于為UART 芯片提供數(shù)據(jù)傳送的時(shí)鐘，

Local Bus總線也稱為CPU總線, 根據(jù)高低位地址線序的差異，又可分為Motorola CPU總線和Intel CPU總線。由于Local Bus總線是直接從60X總線上通過橋片分出來的，所以它和60X總線是同步同頻的，進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀寫時(shí)與60X總線共享帶寬，不需要內(nèi)核提供額外的處理。

Local Bus總線包括三部分控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線。

控制總線，包括LCS片選信號(hào)線、INT中斷控制線、ER/W讀寫使能信號(hào)以及RST復(fù)位信號(hào)線。LCS片選信號(hào)線用于選擇相應(yīng)的UART芯片；由于多路RS422串口通信裝置設(shè)置了N個(gè) RS-422通道，則需要有N條不同的LCS片選信號(hào)線來連接CPU最小系統(tǒng)和UART芯片，因此每一條LCS片選信號(hào)線對(duì)應(yīng)一個(gè)RS-422通道的選擇；當(dāng)關(guān)聯(lián)某通道的片選信號(hào)為低電平時(shí)表示該通道被選中，即CPU最小系統(tǒng)可以對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。INT中斷信號(hào)線用于在UART芯片中某通道的接收數(shù)據(jù)緩沖器接收到有效數(shù)據(jù)或者發(fā)送緩沖器滿或其它異常事件產(chǎn)生時(shí)產(chǎn)生中斷事件，告知CPU最小系統(tǒng)，然后由CPU最小系統(tǒng)產(chǎn)生中斷響應(yīng)；由于N個(gè)RS-422通道也需要有N條不同的中斷信號(hào)線，不同的中斷信號(hào)表示不同的UART芯片通道產(chǎn)生中斷事件。ER/W讀寫使能信號(hào)，低電平有效，讀寫使能信號(hào)為低電平時(shí)，表示在進(jìn)行讀或者寫操作，在異步傳輸模式下，它與片選信號(hào)線配合對(duì)讀或者寫數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。RST復(fù)位信號(hào)線實(shí)現(xiàn)UART芯片的復(fù)位。

地址總線用于選擇UART芯片中的寄存器。由于UART芯片訪問空間很小，只有8個(gè)寄存器地址，因此可以使用三根地址總線來連接CPU最小系統(tǒng)和UART芯片，當(dāng)某通道片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，即某通道被選定后，通過LA0~LA2來實(shí)現(xiàn)該通道中不同寄存器的訪問，從而實(shí)現(xiàn)RS-422串口數(shù)據(jù)收發(fā)或其它工作。

數(shù)據(jù)總線用于實(shí)現(xiàn)CPU最小系統(tǒng)與UART芯片的數(shù)據(jù)傳輸，為雙向數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)UART芯片模式，數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)位寬有8位或16位之分，根據(jù)數(shù)據(jù)位寬的多少，數(shù)據(jù)總線信號(hào)線也相應(yīng)改變。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將CPU最小系統(tǒng)寫入U(xiǎn)ART芯片發(fā)送FIFO 中的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，并通過RS422轉(zhuǎn)換芯片發(fā)送出去；當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí), 將RS422轉(zhuǎn)換芯片接收到的外部串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)存入U(xiǎn)ART 芯片的接收FIFO 中, 供CPU讀取。

多路RS422串口通信方法的整體流程如圖1所示，具體包括以下步驟。

A.CPU最小系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)用戶接口層API函數(shù)與上層應(yīng)用相互通信，為上層應(yīng)用提供服務(wù)。

本發(fā)明的通信方法是基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks實(shí)現(xiàn)的，故以字符設(shè)備的形式向VxWorks操作系統(tǒng)的 I／O層注冊(cè)讀寫和控制函數(shù)。其對(duì)上層應(yīng)用注冊(cè)的讀寫和控制函數(shù)如下：RS422Open：RS422設(shè)備打開函數(shù)，對(duì)應(yīng)應(yīng)用層接口函數(shù)open；RS422Close：RS422設(shè)備關(guān)閉函數(shù)，對(duì)應(yīng)應(yīng)用層接口函數(shù)close；RS422Read，：RS422設(shè)備字符讀取函數(shù)，對(duì)應(yīng)應(yīng)用層接口函數(shù)read；RS422Write：RS422設(shè)備字符發(fā)送函數(shù)，對(duì)應(yīng)應(yīng)用層接口函數(shù)write；RS422Ioctrl：RS422設(shè)備控制函數(shù)，對(duì)應(yīng)應(yīng)用層接口函數(shù)ioctl函數(shù)。

如果是寫操作，在I／O層調(diào)用write函數(shù)寫設(shè)備時(shí)，RS422Write函數(shù)要主動(dòng)調(diào)用底層RS422驅(qū)動(dòng)程序的相關(guān)函數(shù)來發(fā)送字符數(shù)據(jù)。如果是讀操作，RS422Read函數(shù)則直接在緩沖區(qū)中讀取字符；當(dāng)緩沖區(qū)為空時(shí)，如果是阻塞方式需要等待，如果是非阻塞方式則立即返回錯(cuò)誤；該緩沖區(qū)的填充是由底層RS422驅(qū)動(dòng)程序通過中斷方式進(jìn)行，當(dāng)?shù)讓域?qū)動(dòng)接受到一個(gè)字符時(shí)，產(chǎn)生中斷，然后提供回調(diào)函數(shù)將字符寫入緩沖區(qū)中以供上層應(yīng)用讀取。

B.設(shè)置UART芯片與CPU最小系統(tǒng)之間的Local Bus總線。

C.設(shè)置多路RS422驅(qū)動(dòng)程序。

C1.初始化UART芯片參數(shù)；UART芯片參數(shù)包括通信模式、中斷號(hào)、波特率以及晶振參數(shù)。

C2.設(shè)置每個(gè)通道設(shè)備的中斷連接。

C3.RS422驅(qū)動(dòng)函數(shù)注冊(cè)；RS422驅(qū)動(dòng)函數(shù)包括Open，Close，Read，Write和Ioctrl函數(shù)。

C4.在VxWorks操作系統(tǒng)中為每個(gè)通道創(chuàng)建相應(yīng)設(shè)備，并與相應(yīng)的RS422轉(zhuǎn)換芯片關(guān)聯(lián)。

步驟C的流程如圖2所示，具體包括以下操作。

C41.為每個(gè)通道設(shè)置不同的中斷號(hào)。

C42.關(guān)聯(lián)中斷號(hào)與中斷函數(shù)。

C43.調(diào)用RS422驅(qū)動(dòng)函數(shù)注冊(cè)到操作系統(tǒng)中。

C44.與相應(yīng)的RS422轉(zhuǎn)換芯片關(guān)聯(lián)。

D.采用中斷服務(wù)觸發(fā)相應(yīng)通道的RS422轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。主要包括向上層提供回調(diào)函數(shù)注冊(cè)功能，例如啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)；完成不同通道的通信設(shè)置，主要是設(shè)置地址空間映射，通過訪問不同地址區(qū)間實(shí)現(xiàn)對(duì)不同通道的訪問；控制通道進(jìn)行字符接收和發(fā)送及其他硬件配置工作。本發(fā)明通過中斷方式迸行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，當(dāng)然也可采用輪詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。

為實(shí)現(xiàn)回調(diào)函數(shù)的注冊(cè)，定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為RS422DRV_FUNCS結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體中所有成員都是函數(shù)指針，RS422轉(zhuǎn)換芯片的設(shè)置對(duì)應(yīng)函數(shù)完成相應(yīng)功能，并將這些函數(shù)地址對(duì)RS422DRV_FUNCS結(jié)構(gòu)體進(jìn)行初始化，然后通知給UART芯片。

地址空間映射是指將Local Bus總線設(shè)備的訪問轉(zhuǎn)換到CPU最小系統(tǒng)的內(nèi)存空間中。Local Bus內(nèi)部事務(wù)地址只能為32位，所以所有片選必須落在4G窗口之內(nèi)。當(dāng)一個(gè)內(nèi)存事務(wù)被指派到LBC上時(shí)，內(nèi)部事務(wù)地址就跟每個(gè)BANK的地址信息相比較，相應(yīng)的芯片就跟該BANK關(guān)聯(lián)起來，直到事務(wù)結(jié)束。對(duì)應(yīng)每個(gè)BANK的寄存器主要有兩個(gè)，一個(gè)是Base Register（縮稱BR），BR寄存器包含BANK所對(duì)應(yīng)的基地址和類型；另外一個(gè)是Option Register（縮稱OR），OR寄存器主要設(shè)置BANK的大小和訪問屬性。通過對(duì)Local Bus寄存器進(jìn)行設(shè)置后，便能通過訪問特定地址空間實(shí)現(xiàn)掛在總線上設(shè)備的片選和其它操作。

其中，步驟D中的中斷服務(wù)流程如圖3所示，具體包括以下操作。

D1.獲取引發(fā)中斷的通道號(hào)i；

D2.關(guān)閉i通道中斷；

D3.讀取UART芯片i通道的IIS狀態(tài)寄存器，獲取UART芯片中的中斷類型；

D4.根據(jù)中斷類型進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理；

D41.判斷中斷信號(hào)是否異常，如中斷信號(hào)異常，進(jìn)行異常處理并恢復(fù)中斷狀態(tài)；如中斷信號(hào)正常，則進(jìn)行步驟D42；

D42. CPU最小系統(tǒng)指令判斷是否接收有效中斷，如是，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，將UART芯片F(xiàn)IFO中的數(shù)據(jù)讀入到系統(tǒng)中，然后再調(diào)用回調(diào)函數(shù)將數(shù)據(jù)放到CPU最小系統(tǒng)相應(yīng)的緩存中；如否，則進(jìn)行步驟D43；

D43. CPU最小系統(tǒng)指令判斷是否發(fā)送有效中斷，如是，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送UART芯片的發(fā)送寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)；如否，打開i通道中斷。

D5.數(shù)據(jù)處理完成后，打開i通道中斷，繼續(xù)等待下一個(gè)中斷信號(hào)。

本發(fā)明應(yīng)用過程中，只需重復(fù)步驟D即可，即當(dāng)有讀/寫操作請(qǐng)求時(shí)，采用中斷服務(wù)觸發(fā)相應(yīng)通道的RS422轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信即可。