[發(fā)明專利]一種通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART通信接口的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210013739.7
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102546843B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉德焰;賴榮東;陳挺;李基勇;陳余菲
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司
• 主分類號: H04L29/10
• 分類號: H04L29/10;G06F13/24
• 代理公司: 泉州市誠得知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)35209
• 代理人: 方惠春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種軟件模擬實(shí)現(xiàn)UART通信的方法，特別是涉及一種嵌入式系統(tǒng)中通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)UART通信接口數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的處理方法。

背景技術(shù)

隨著嵌入式技術(shù)發(fā)展和嵌入式設(shè)備的多樣化，由嵌入式設(shè)備構(gòu)成的多機(jī)系統(tǒng)取得了長足的發(fā)展，多個(gè)嵌入式設(shè)備之間以串行口UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步接收和發(fā)送器)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，構(gòu)成復(fù)雜的主從式通訊網(wǎng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常遇到一個(gè)主機(jī)設(shè)備需要同時(shí)連接各種不同的從機(jī)設(shè)備，而主機(jī)設(shè)備與從機(jī)設(shè)備之間的通信方式經(jīng)常采用UART通信接口，UART通信接口只能一對一通信，不能多個(gè)通信接口并接在一起通信，以往的實(shí)現(xiàn)方式：1.在設(shè)計(jì)開發(fā)主機(jī)設(shè)備時(shí)選擇具有多路UART通信接口的微處理器，而實(shí)際上具有多路UART通信接口的微處理器的型號比較少，帶來器件選型上的限制，而且比較昂貴，增加產(chǎn)品成本；2.采用串口擴(kuò)展芯片實(shí)現(xiàn)，如ST16C550、ST16C554、SP2538、MAX3110等，雖然成本較高,但系統(tǒng)的可靠性得到了保證，適用于數(shù)據(jù)量較大、串口需求較多的系統(tǒng)；3.采用分時(shí)切換的方法將一個(gè)串口擴(kuò)展與多個(gè)串口設(shè)備通信，分時(shí)復(fù)用的方法成本低,但只適用于數(shù)據(jù)量不大的場合,并且只能由這個(gè)單片機(jī)主動和多個(gè)設(shè)備通信，實(shí)時(shí)性差；4.用軟件模擬的方法擴(kuò)展串口，其優(yōu)勢是成本低、實(shí)時(shí)性好,但需要占用一些CPU時(shí)間。

例如申請?zhí)枮?00710172965.9的發(fā)明提供了基于無線通信模塊的軟件模擬UART的方法，該方法包括中斷處理方法、位于中斷處理方法流程末端的數(shù)據(jù)發(fā)送方法和數(shù)據(jù)接收方法，該發(fā)明使用2個(gè)普通的I/O和一個(gè)定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，且?guī)IFO功能，擴(kuò)展模擬UART的收發(fā)數(shù)據(jù)在中斷服務(wù)中完成。但其實(shí)現(xiàn)方法存在多個(gè)缺點(diǎn)，1.判斷數(shù)據(jù)起始位的方法是采用中斷定時(shí)采樣監(jiān)測方式，中斷定時(shí)間隔為波特率定時(shí)間隔的1/3，以3倍的波特率對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣監(jiān)測，這樣導(dǎo)致定時(shí)器中斷過于頻繁，而且在無數(shù)據(jù)收發(fā)的情況下也需要定時(shí)采樣監(jiān)測通信總線是否有數(shù)據(jù)，耗費(fèi)系統(tǒng)資源；2.每次采樣的位數(shù)據(jù)都是采集位的末尾位置，數(shù)據(jù)接收的容錯(cuò)性差，準(zhǔn)確率低，因?yàn)樵诙〞r(shí)器精度較低或?qū)Ψ桨l(fā)送的位數(shù)據(jù)寬度誤差較大的情況下，會出現(xiàn)采集錯(cuò)位導(dǎo)致接收數(shù)據(jù)出錯(cuò)；3.按照該方案描述，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將定時(shí)進(jìn)行3分頻，中斷定時(shí)間隔等于波特率間隔，這樣每一次定時(shí)中斷就發(fā)送一位，從而可以看出，在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中無法以3倍的波特率定時(shí)頻率對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣監(jiān)測，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收，因此，無法達(dá)到全雙工數(shù)據(jù)收發(fā)通信模式；4.當(dāng)模擬多個(gè)UART通信接口且各通信接口波特率不同時(shí)，每一個(gè)通信接口都需要有一個(gè)定時(shí)器，無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART通信接口共享一個(gè)定時(shí)器，因此可模擬的UART通信接口個(gè)數(shù)受限于微處理器的定時(shí)器個(gè)數(shù)，而通常情況下微處理器的定時(shí)器個(gè)數(shù)都是比較少的；5.當(dāng)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)接收完畢后在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中將接收數(shù)據(jù)存儲到接收FIFO隊(duì)列，這樣將導(dǎo)致定時(shí)器中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)間過長，降低系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，降低最高可支持的通信波特率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART通信接口的方法，在同等系統(tǒng)主頻和硬件資源條件下提高通信波特率、提升通信準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)真正全雙工通信，并可擴(kuò)展多個(gè)UART通信接口，滿足各種不同通信波特率的要求，解決UART通信接口不足問題，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品競爭力。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的思路是：在硬件方面，使用1個(gè)定時(shí)器和2個(gè)I/O端口，利用定時(shí)器的定時(shí)中斷功能實(shí)現(xiàn)精確的波特率定時(shí)，發(fā)送和接收都在定時(shí)中斷的控制之下進(jìn)行。數(shù)據(jù)發(fā)送的思想是：當(dāng)啟動字節(jié)發(fā)送時(shí)，通過發(fā)送管腳TXD先發(fā)起始位，然后發(fā)數(shù)據(jù)位和奇偶效驗(yàn)位，最后再發(fā)停止位，發(fā)送過程由發(fā)送狀態(tài)機(jī)控制，每次中斷根據(jù)計(jì)算延時(shí)計(jì)數(shù)器到期只發(fā)送1個(gè)位，經(jīng)過若干個(gè)定時(shí)中斷完成1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的發(fā)送。數(shù)據(jù)接收的思想是，當(dāng)不在字節(jié)數(shù)據(jù)接收過程時(shí)，將接收管腳RXD配置成I/O低電平中斷方式，監(jiān)測起始位，當(dāng)檢測到起始位，則開始啟動一次字節(jié)數(shù)據(jù)接收，字節(jié)數(shù)據(jù)接收過程由接收狀態(tài)機(jī)控制，每次中斷根據(jù)計(jì)算延時(shí)計(jì)數(shù)器到期接收1個(gè)位，經(jīng)過若干個(gè)定時(shí)中斷完成1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的接收。為了提高串口的性能，在發(fā)送和接收上都實(shí)現(xiàn)了FIFO功能，提高通信的實(shí)時(shí)性。

具體的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART通信接口的方法，包括數(shù)據(jù)接收方法和數(shù)據(jù)發(fā)送方法，其中數(shù)據(jù)接收方法包括以下步驟：

配置芯片一I/O管腳為接收管腳RXD的步驟：將接收管腳RXD配置為低電平中斷模式并打開I/O中斷使能；