多总线UART芯片在嵌入式系统中的应用

1、多总线uart芯片在嵌入式系统中的应用本文介绍了专为系统设计的vk32系列新型多接口通用异步串行收发接器(uart)器件的原理以及在税控pos、远程自动抄表系统、嵌入式车载信息平台和串口服务器中的应用技术。uart产生于上个世纪70年月，是第一块大规模。1981年的推出的ibm pc采纳了8250 uart与外设举行数据通信，直到上个世纪末，uart向来是pc中最主要的串行通信接口。随着高速串行总线的浮现，usb以其诸多的优点取代了uart成为个人电脑中应用最广泛的串行接口。而在嵌入式领域，因为uart具有操作容易、工作牢靠、抗干扰强、传输距离远(组成485网络可以传输1,200米以上)，设计

2、人员普遍认为uart是从cpu或微控制器向系统的其他部分传输数据的最佳方式，因此它们被大量地应用在工业、通信和家电控制等嵌入式领域。通常/cpu都会自带一个uart串口，但实际应用中一个串口往往不够用，需要举行uart串口扩展。截止到目前，全球范围内有超过40种uart器件可以挑选，大多数uart器件是以计算机总线转换uart为应用基础的，其通用性、管脚、寄存器与20年前很少转变。针对嵌入式应用，目前的uart器件普遍存在操作复杂、引脚多、价格昂贵等弱点，不能满足和适应的嵌入式系统的需要。vk系列uart器件维肯公司针对嵌入式系统中uart的进展趋势，设计推出了vk32xx系列新型多总线接口u

3、art器件，其特点为：1. 支持8位并行总线、spi总线、uart等多种主机总线接口。其中，8位并行总线接口产品可以替代目前广泛用法的16c55x系列uart用于为8位、16位、32位mcu举行uart串口扩展。vk32系列8位并行总线接口uart产品采纳了精简控制寄存器设计，并通过管脚复用削减了芯片管脚，简化的软件设计和设计都更适合嵌入式系统需求。spi接口总线系列产品为带有spi接口的、mcu实现同步spi串口到异步uart串口的桥接和扩展，尤其针对目前广泛应用的dsp系统，大多数dsp都惟独同步串口，只能用于与具有同步通信接口的外设举行通信。vk32系列spi总线接口产品可以将一个spi

4、同步串行接口桥接/扩展成为1"4个通用异步串口，便利实现dsp和外设的异步串行通信。uart接口产品创新地实现了将一个标准3线uart扩展成为2"4个增加功能uart。芯片内置的uart扩展协议处理规律，无需其它的地址信号和控制信号线就可以实现多个自立配置的全双工串口扩展，为需要扩展串口的嵌入式系统提供了一个最简洁的解决计划。图2：vk32系列产品在嵌入式税控pos平台设计中的应用。2. 支持高速传输。每个子波特率可以自立设置子串口最高通信速度可以达到920kbps(5v工作)，主机支持的spi总线最高传输速率为4mbps，主机8位并行总线的最高传输速率为10mbps。3.

5、 宽工作电压和低功耗设计。考虑到目前嵌入式领域中新型的dsp/的工作电压大多为2.5v，而大量的工业控制领域的mcu仍然需要在5v电压下工作，vk32系列uart设计的工作电压范围为2.5v"5.5v。同时，该系列芯片可以工作在自动休眠和唤醒模式下，有效地降低功耗。4. 完美的fifo功能。每个通道自立的16级接收和发送fifo，每个fifo有4个可编程触发点设置。完美的fifo功能可以举行发送/接收的数据缓冲，削减dsp/cpu对数据传输的操作，提高cpu/dsp的效率和数据传输的牢靠性。5. 子串口通道具备软件或硬件自动流量控制，满足高速数据传输中流量控制的需要。6. 子串口具备

6、可编程的硬件rs-485自动控制功能和自动9位网络地址识别功能，大大降低处理器的负担，尤其适用于工业rs-485组网。7. 每个通道具备自立可控的数据广播接收功能，可以应用于需要数据广播传输和控制的嵌入式系统中。8. 全部uart(包括uart主接口和子通道uart)都支持irda通信。vk系列uart器件的原理及框图vk3200是vk32系列中功能最全的型号，本文以vk3200的原理图为基础，对vk32系列uart芯片原理举行介绍。vk3200内部结构包括主机接口、子通道部分、modem控制规律、中断控制规律几部分。主机接口为vk3200与cpu/dsp相连的接口，通过m1、mo模式挑选信号

7、线，可以分离挑选8位并行总线、spi总线和uart三种接口与主机相连；modem控制规律用于与modem相连时的状态信号线的监控和控制；中断控制规律用于产生和控制各种内部中断。图3：vk32系列产品在远程自动抄表系统设计中的应用。时钟发生器为芯片提供时钟，可以用clksel引线挑选从晶振还是外部时钟源猎取时钟。子通道规律部分处理各个的数据接收和发送。数据发送的处理过程为：主机接口将从主口总线发送来的数据举行处理后传送到相应的子通道fifo，fifo里的数据经过流量控制规律后，在波特率发生器的作用下，通过发送移位寄存器顺次将数据发送到tx串行输出信号线上，接收数据与此正巧相反。子通道处理模块中，

8、控制寄存器用于对各个子通道举行设置，ir编用于对红外信号举行编解码，子通道流量控制器用于子通道传输数据时的自动流量控制。在嵌入式系统中的应用vk系列uart器件的在嵌入式产品中的应用领域包括：多串口服务器/多串口卡，工业/现场rs-485控制，用法cdma/gprs modem的无线数据传输，车载信息平台/车载定位系统，远传自动抄表(amr)系统，税控pos/银行终端等金融机具，dsp数据采集和传输系统等。其应用实例如下：1. 在税控pos中的应用税控pos机是一个控制密集形的嵌入式系统，需要控制大量外设。其基本配置要求的串口打印机、modem、rs-485网络接口，以及税控ic卡(异步卡)都

9、工作在基于uart的串行通信方式。同时，大量的外设如密码键盘、条码扫描器、条码称、接触ic卡/非接触ic卡读卡器、磁卡读卡器、串口显示屏等设备都是通过rs-232串口与pos机相连。采纳vk32xx系列uart器件可以按照mcu/cpu的接口特性，挑选spi/8位并行总线/uart举行灵便的uart串口扩展。该计划与采纳目前gpio来模拟串口的计划相比，占用cpu的i/o和资源都很少，即使一般的8位mcu也可以胜任。同时，扩展的子串口都是标准的硬件uart，使得数据传输也越发牢靠。图4：vk3233在嵌入式车载信息平台设计中的应用。2. 在远程自动抄表系统中的应用3所示，远传自动抄表系统由远传

10、表和集中抄表器以及modem等部分组成。在远传表中，应用vk3212双串口扩展ic将的一个uart扩展成两个uart，扩展出来的两个串口uart1和uart2分离接rs-485/m-bus接口和红外接口。vk3212的uart1设置为rs-485自动收发和rs-485网络模式，可以无需mcu的控制，自动完成rs-485/m-bus的数据自动收发和自动网络地址识别。vk3212的uart2设置为红外模式，用于衔接远传表的红外设置窗口。在集中抄表器中，用一片spi接口的4通道uart器件vk3234将扩展出4个子串口uart，mcu通过spi总线与vk3234相连。vk3234的子串口uart设置

11、为rs-485自动收发模式，每个子通道uart控制的rs-485/mbus通过rs-485/m-bus总线衔接最多250个远传表。一个基于vk3234的集中抄表器可以实现最多1,000个远传表的数据读取。因为是通过spi接口扩展的串口，集中抄表器单片机自身的串口可以衔接pstn/gsm modem将集抄数据传给远程服务器。3. 在嵌入式车载信息平台中的应用vk3233主接口有spi和uart两种接口可以挑选。嵌入式平台中的dsp/cpu通过spi/uart接口与vk3233相连，vk3233扩展出来的三个子串口分离衔接gps模块、倒车雷达模块和gsm/cdma模块，modem控制线衔接gsm/

12、cdma modem。囫囵嵌入式系统共用一个显示设备，有效地节约了车内有限的空间。4. 在串口服务器中的应用在工业控制等领域，众多设备的对外通讯接口仍然是低速串口。串口服务器将多个串口设备的数据存储、转换以后通过ip网举行传输。图5显示了一个8串口服务器(4个rs-232串口、4个rs485串口)的原理图，嵌入式系统中的dsp/cpu的并行位数据线衔接2片vk3266实现了8个串口的扩展，通过地址译码器控制2片vk3266的cs实现片选控制。在上图中，vk3266 a衔接4个rs-232收发器，扩展出了4个带硬件流量控制信号的rs-232串口；vk3266b则衔接了4个rs-485收发器，将v

13、k3266设置在rs-458自动收发控制模式下，通过rts信号控制rs-485收发器的数据发送使能de和数据读取使能rd信号，能实现rs-485的自动收发控制。图5：vk3266在串口服务器设计中的应用。选型参考和设计建议1. 选型参考vk32系列uart包括5个产品系列，各个产品系列的特点如下：vk321x系列为主接口为uart的产品，仅通过rx，tx和gnd三根信号线与主机相连，通过芯片内部的处理协议采纳时分复用的方式将一个串口扩展成为2"4个可以同时工作的全双工串口。在该模式下，mcu以查询方式操作uart器件，设计中需要注重的是为保证在时分复用下各个子通道能够同时全双工通信，

14、主接口的波特率需要设置为大于各个子串口波特率之和。vk321x产品适用于对通信速度要求不高，需要设计牢靠容易的嵌入式产品。vk322x系列产品的主接口为spi同步传行总线，最高传输速度为4mbps。适合于带spi接口的mcu/dsp扩展异步串口。大多数dsp都惟独同步串口，通过spi接口实现异步串口的桥接和扩展，可以简化并行总线扩展串口的硬件规模和模拟异步串口的软件开销。vk323x系列产品同时具备spi和uart两种可以挑选的主接口，扩展子串口具备硬件流量控制和rs-485自动收发功能，尤其适合于需要高牢靠数据传输的rs-485总线应用。vk325x产品为8位并行总线接口的uart器件，vk

15、326x为同时具备3种可选主机接口的uart器件。这两个器件应用于需要削减备货种类，需要举行大量数据传输的应用。2. 设计建议异步ic卡的接口设计。遵从7816-3的异步ic卡为半双工异步通信接口。在实际应用中，可以将子串口的rx和tx短接后挺直与ic卡的i/o信号衔接，为牢靠起见，也可以通过衔接7407来驱动ic卡的i/o信号。modem接口的设计。目前的pstn/gprs/cdma/gsm modem支持三线串口(tx、rx、gnd)通过at指令操作。但实际应用中，仅仅用法三线串口简单丢包,造成数据重发,使得上传速度变慢,建议用法vk32系列中带modem接口的uart器件，用dsr、dt

16、r、ri和dcd来监控modem状态，用rts和cts来做流控，这样速度可以达到最高。rs-485总线的设计。rs-485是目前工业领域应用最广的半双工通信系统。挺直用mcu对rx485举行控制，有一些详情难于处理：通过mcu的i/o对485收发控制，在系统复位时，i/o可能使485收发器处在发送状态，造成总线上正在举行的通信失效；在数据收发切换中，普通依赖发送缓冲的状态来控制mcu的i/o对收发切换，而此时最后一个字节可能还在移位寄存器中，会造成少发送一个字节的状况；同时，当rs485总线上有大量数据举行传送时，mcu不得不花大量的资源去推断该数据是否是发送给本机的，造成工作效率低。针对这些问题，建议用户在需要用到rs-485时，选用带有rs-485自动收发控制和9位网络自动识别的器件。vk32系列uart器件可以工