在各種DSP應(yīng)用系統(tǒng)中,經(jīng)常需要與其他的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,通用異步收發(fā)器UART(univetsal Asynchronous Receiver/Transmitter)是比較常用的一種通信模式。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)要求多路UART,或者基于性能、成本綜合考慮選用了不帶UART的 DSP時(shí),可以考慮利用原有的同步串行口,用軟件模擬UART,在硬件上只需簡(jiǎn)單的連接便可構(gòu)建UART,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信要求。
1 ADSP-BF561
ADSP— BF561處理器是ADI公司推出的針對(duì)多媒體和通信應(yīng)用的一款高性能產(chǎn)品,具有豐富的外設(shè)接口,集成了2個(gè)Blackfln處理器內(nèi)核。它內(nèi)部集成了2 個(gè)并行外部接口(PPI),為同時(shí)進(jìn)行圖像采集、處理和顯示提供了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)片上解決方案,成為各種網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用經(jīng)濟(jì)、高效的選擇。
ADSP—BF561提供2個(gè)雙通道同步串行端口(SPORTO和SPORTl),主要有下面幾個(gè)特點(diǎn)。
?、匐p向操作:每個(gè)SPORT都有2套獨(dú)立的發(fā)送和接收引腳。
②緩沖的發(fā)送和接收端口:每個(gè)端口都有1個(gè)數(shù)據(jù)寄存器,用以同其他DSP部件進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸;多個(gè)移位寄存器用于數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)的移入和移出。
?、蹠r(shí)鐘:每個(gè)發(fā)送/接收端口或者使用外部串行時(shí)鐘,或者使用自己產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率。
④字長(zhǎng):每個(gè)SPORT都支持3~32位長(zhǎng)度的串行數(shù)據(jù)字,以最高有效位在前或最低有效位在前的格式傳送。
⑤幀:無(wú)論數(shù)據(jù)字有無(wú)幀同步信號(hào),每個(gè)發(fā)送和接收端口都能運(yùn)行;幀同步信號(hào)能夠從內(nèi)部或者外部產(chǎn)生,可以高有效或低有效,要求2個(gè)脈沖寬度,可以前幀或后幀同步。
2 串行通信原理
串行傳送是在1根傳輸線上一位一位地傳送。異步串行通信是以字符為信息單位進(jìn)行傳送。每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的信息單位(1幀數(shù)據(jù)),可以隨機(jī)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中。一旦傳送開(kāi)始,收/發(fā)雙方以預(yù)先約定的傳輸速率(波特率,表示每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù))在時(shí)鐘的作用下傳送這個(gè)字符的每一位。為了確保異步通信的正確性,需要在字符數(shù)據(jù)格式中設(shè)置起始位和停止位。而同步串行通信是以數(shù)據(jù)塊為信息單位傳送,每幀信息包括成百上千個(gè)字符,一旦傳送開(kāi)始,要求每幀信息內(nèi)的每一位都同步。
通用異步收發(fā)器UART是PC中最主要的串行通信接口之一,其數(shù)據(jù)幀格式如下所示。
UART數(shù)據(jù)幀包含4部分:起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位(可選)和停止位,各部分的意義如下:
起始位,先發(fā)出1個(gè)邏輯“0”(低電平)信號(hào),表示開(kāi)始傳輸字符。
數(shù)據(jù)位,緊接著起始位之后,是要傳送的有效信息。
數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是5、6、7、8等,構(gòu)成1個(gè)字符。通常采用ASCII碼,低位在前,高位在后,靠時(shí)鐘定位。
奇偶校驗(yàn)位,數(shù)據(jù)位加上這一位后,使得“1”的位數(shù)應(yīng)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn)),以此來(lái)校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送的正確性。
停止位,1個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。可以是1位、1.5位、2位的高電平。
空閑位,不定長(zhǎng),處于邏輯“1”(高電平)狀態(tài),表示當(dāng)前線路上沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送。
3 驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)
SPORT只提供同步串行數(shù)據(jù)傳送,ADSP—BF561通過(guò)UART提供異步RS一232數(shù)據(jù)傳送。通過(guò)軟件設(shè)置和處理,SPORT口可以作為UART異步串口來(lái)使用。在應(yīng)用程序中,寫(xiě)入開(kāi)發(fā)板上SPORT口的內(nèi)容可以通過(guò)簡(jiǎn)單的硬件轉(zhuǎn)接,在主機(jī)端用超級(jí)終端等軟件接收,使用起來(lái)與UART口一樣。出于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的需要,本設(shè)計(jì)利用DSP的同步串口輸出調(diào)試信息,與PC機(jī)進(jìn)行異步通信。該產(chǎn)品是一款網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控終端,以ADSP—BF561為硬件核心,μClinux2.6為軟件核心。
3.1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)原理
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核與機(jī)器硬件之間的接口,為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)。在應(yīng)用程序看來(lái),硬件設(shè)備只是一個(gè)特殊的設(shè)備文件,應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作。而事實(shí)上,對(duì)硬件的所有實(shí)際操作都是由用戶空間的應(yīng)用程序調(diào)用內(nèi)核空間的驅(qū)動(dòng)程序完成的。
μClinux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)架構(gòu)如圖1所示。μClinux使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct file_operations為所有的設(shè)備文件提供了統(tǒng)一的操作函數(shù)接口。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包括許多操作函數(shù)的指針,如open()、close()、 read()和write()等。不同類(lèi)型的文件有不同的。file_operations成員函數(shù)。每個(gè)進(jìn)程對(duì)設(shè)備的操作最終都會(huì)轉(zhuǎn)換成對(duì) file_operations結(jié)構(gòu)的訪問(wèn)。在驅(qū)動(dòng)程序中,首先要根據(jù)驅(qū)動(dòng)程序的功能完成file_operations結(jié)構(gòu)中各函數(shù)的實(shí)現(xiàn),不需要的函數(shù)接口可直接在file_operations結(jié)構(gòu)中初始化為NULL。file_operations變量會(huì)在驅(qū)動(dòng)程序初始化時(shí),注冊(cè)到系統(tǒng)內(nèi)部;當(dāng)操作系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作時(shí),會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序注冊(cè)的file_opera—tions結(jié)構(gòu)中的函數(shù),實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。
3.2 主要函數(shù)實(shí)現(xiàn)
ADSP—BF561 的SPORT口是全雙工的,可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。本驅(qū)動(dòng)主要通過(guò)軟件設(shè)置和處理,利用SPORT口的發(fā)送功能,發(fā)送16位的串行數(shù)據(jù)字。其中有效數(shù)據(jù)位8位,最低位在前,擁有與 UART異步數(shù)據(jù)相同的數(shù)據(jù)格式,在主機(jī)端可用超級(jí)終端等軟件接收。
驅(qū)動(dòng)中需在file_operations結(jié)構(gòu)里實(shí)現(xiàn)的主要接口函數(shù)有open(),write()和ioetl()。
(1)open() 函數(shù)
在open()函數(shù)中,需初始化SPORTl口相應(yīng)的寄存器。以下是幾個(gè)重要的寄存器設(shè)置。
?、賁PORTl_TCLKDIV:SPORTl口發(fā)送時(shí)鐘頻率設(shè)置。
SPORTl_TCLKDIV=(SYS_CLOCK_FREQUENCY/2*MO—DEM_BAUD_RATE))一 1;/*SYS_CLOCK_FREQUENCY為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率,通過(guò)測(cè)試,此處應(yīng)取值為98 390 000。MODEM_BAUD_RATE為波特率,用戶可通過(guò)調(diào)用iootl()進(jìn)行設(shè)置*/
②SPORTl_TFSDIV:SPORTl口的發(fā)送幀同步頻率設(shè)置,確定在TFS脈沖前要計(jì)數(shù)的發(fā)送時(shí)鐘周期數(shù)。 SPORTl_TFSDIV=0x000f;
?、跾PORTl_TCR2:設(shè)置串行通信字長(zhǎng)。SPORTl_TCR2=0x000f; //設(shè)置串行通信字長(zhǎng)為16位
④SPORTl_TCRl:SPORTl口的主要控制寄存器。SPORTl_TCRl=0x0613; /*傳輸使能。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),設(shè)置低位優(yōu)先,設(shè)置串口為內(nèi)部時(shí)鐘,內(nèi)部產(chǎn)生幀同步信號(hào),傳送時(shí)可按照實(shí)際的波特率發(fā)送數(shù)據(jù)*/
(2)write() 函數(shù)
write()函數(shù)的主要功能是將應(yīng)用程序中寫(xiě)入SPORT口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成UART的數(shù)據(jù)格式輸出,主要實(shí)現(xiàn)流程如下:
?、俜峙渚彌_區(qū)以存放轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)(用kmalloc實(shí)現(xiàn))。
②數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。要用SPORT口模擬UART口,就要使從SPORT口發(fā)出的數(shù)據(jù)與從UART口發(fā)出的數(shù)據(jù)具有相同的數(shù)據(jù)格式。在驅(qū)動(dòng)中將從 SPORT口發(fā)出的數(shù)據(jù)設(shè)置為1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位,即“O DO D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 l”。停止位與起始位之間可有多個(gè)1,但一旦停止位后有O,便認(rèn)為是下一個(gè)字符的開(kāi)始。應(yīng)用程序中傳入的數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)相應(yīng)轉(zhuǎn)換才能寫(xiě)入SPORT的發(fā)送寄存器。具體轉(zhuǎn)換過(guò)程為:
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?、蹟?shù)據(jù)的發(fā)送。SPORT1_STAT中的TXF位指示發(fā)送FIFO中是否有空位,其值為1表示FIFO已滿,為0表示FIFO中仍有空位。
(3)ioctl() 函數(shù)
ioctl()是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中對(duì)設(shè)備I/O通道進(jìn)行管理的函數(shù)。所謂對(duì)I/O通道進(jìn)行管理,就是對(duì)設(shè)備的一些特性進(jìn)行控制,例如串口傳輸波特率的選擇。驅(qū)動(dòng)程序中ioctl()通過(guò)傳入的參數(shù)cmd設(shè)置SPORTl口的發(fā)送時(shí)鐘頻率。cmd在用戶程序端由一些宏進(jìn)行定義,該整數(shù)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用傳遞到內(nèi)核中的驅(qū)動(dòng)程序,再由驅(qū)動(dòng)程序利用解碼宏從這個(gè)整數(shù)中得到用戶要設(shè)置的波特率,然后通過(guò)switch{case)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
主要實(shí)現(xiàn)流程如下:
只要保證應(yīng)用程序中由locil()的參數(shù)cmd的宏定義值與核心驅(qū)動(dòng)中相應(yīng)的解碼宏定義相符,便可在應(yīng)用程序中通過(guò)ioctl()函數(shù)實(shí)現(xiàn)任意有效波特率的設(shè)置。
結(jié)語(yǔ)
在SPORT口驅(qū)動(dòng)程序中,通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,輸出與UART異步數(shù)據(jù)相同的幀格式,用軟件實(shí)現(xiàn)UART,有效地解決了DSP的異步串口擴(kuò)展問(wèn)題。