BF561 SPORT口異步通信的軟件模擬
單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 福州大學(xué) 江蘭帆
摘要： 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。ADSP— BF561處理器是ADI公司推出的針對多媒體和通信應(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)Blackiln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。
Abstract：
Key words :
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)。
①雙向操作：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。
③時(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：每個(gè)SPORT都支持3～32位長度的串行數(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：無論數(shù)據(jù)字有無幀同步信號，每個(gè)發(fā)送和接收端口都能運(yùn)行；幀同步信號能夠從內(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，表示開始傳輸字符。
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，處于邏輯“1”(高電平)狀態(tài)，表示當(dāng)前線路上沒有數(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UART提供異步RS一232數(shù)據(jù)傳送。通過軟件設(shè)置和處理，SPORT口可以作為UART異步串口來使用。在應(yīng)用程序中，寫入開發(fā)板上SPORT口的內(nèi)容可以通過簡單的硬件轉(zhuǎn)接，在主機(jī)端用超級終端等軟件接收，使用起來與UART口一樣。出于產(chǎn)品開發(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，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硬件設(shè)備進(jìn)行操作。而事實(shí)上，對硬件的所有實(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。不同類型的文件有不同的。file_operations成員函數(shù)。每個(gè)進(jìn)程對設(shè)備的操作最終都會(huì)轉(zhuǎn)換成對 file_operations結(jié)構(gòu)的訪問。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)，注冊到系統(tǒng)內(nèi)部；當(dāng)操作系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，會(huì)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序注冊的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。
①SPORTl_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，通過測試，此處應(yīng)取值為98 390 000。MODEM_BAUD_RATE為波特率，用戶可通過調(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；
③SPORTl_TCR2：設(shè)置串行通信字長。SPORTl_TCR2=0x000f； ／／設(shè)置串行通信字長為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，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：
①分配緩沖區(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)字符的開始。應(yīng)用程序中傳入的數(shù)據(jù)要經(jīng)過相應(yīng)轉(zhuǎn)換才能寫入SPORT的發(fā)送寄存器。具體轉(zhuǎn)換過程為：
③數(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)程序中對設(shè)備I／O通道進(jìn)行管理的函數(shù)。所謂對I／O通道進(jìn)行管理，就是對設(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ioctl()函數(shù)實(shí)現(xiàn)任意有效波特率的設(shè)置。
結(jié)語
在SPORT口驅(qū)動(dòng)程序中，通過對數(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)展問題。
參考文獻(xiàn)
1. 劉樂善.歐陽星明.劉學(xué)清 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用 2002
2. 王欣.羅志祥.沈光 基于 ARM和μClinux多串口通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [期刊論文] -計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程2007(08)
3. Analog Device Inc ADSP-BF561 Blackfin Processor Hardware Reference 2008
此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng)，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。