DSP的异步串口扩展问题解决方案 B - 处理器/DSP

在各种DSP应用系统中，经常需要与其他的设备或系统进行数据通信，通用异步收发器 UART(univetsal Asynchronous Receiver／Transmitter)是比较常用的一种通信模式。当应用系统要求多路UART，或者基于性能、成本综合考虑选用了不带UART的 DSP时，可以考虑利用原有的同步串行口，用软件模拟UART，在硬件上只需简单的连接便可构建UART，以实现系统的数据通信要求。

　　1 ADSP-BF561

　　ADSP— BF561处理器是ADI 公司推出的针对多媒体和通信应用的一款高性能产品，具有丰富的外设接口，集成了2个Blackfln处理器内核。它内部集成了2 个并行外部接口(PPI)，为同时进行图像采集、处理和显示提供了一个系统级片上解决方案，成为各种网络多媒体应用经济、高效的选择。

　　ADSP—BF561提供2个双通道同步串行端口(SPORTO和SPORTl)，主要有下面几个特点。

　　①双向操作：每个SPORT都有2套独立的发送和接收引脚。

　　②缓冲的发送和接收端口：每个端口都有1个数据寄存器，用以同其他DSP部件进行双向数据传输；多个移位寄存器用于数据寄存器内数据的移入和移出。

　　③时钟：每个发送／接收端口或者使用外部串行时钟，或者使用自己产生的时钟频率。

　　④字长：每个SPORT都支持3～32位长度的串行数据字，以最高有效位在前或最低有效位在前的格式传送。

　　⑤帧：无论数据字有无帧同步信号，每个发送和接收端口都能运行；帧同步信号能够从内部或者外部产生，可以高有效或低有效，要求2个脉冲宽度，可以前帧或后帧同步。

　　2 串行通信原理

　　串行传送是在1根传输线上一位一位地传送。异步串行通信是以字符为信息单位进行传送。每个字符作为一个独立的信息单位(1帧数据)，可以随机出现在数据流中。一旦传送开始，收／发双方以预先约定的传输速率(波特率，表示每秒传送的二进制位数)在时钟的作用下传送这个字符的每一位。为了确保异步通信的正确性，需要在字符数据格式中设置起始位和停止位。而同步串行通信是以数据块为信息单位传送，每帧信息包括成百上千个字符，一旦传送开始，要求每帧信息内的每一位都同步。

　　通用异步收发器UART是PC中最主要的串行通信接口之一，其数据帧格式如下所示。

　　UART数据帧包含4部分：起始位、数据位、奇偶校验位(可选)和停止位，各部分的意义如下：

　　起始位，先发出1个逻辑“0”(低电平)信号，表示开始传输字符。

　　数据位，紧接着起始位之后，是要传送的有效信息。

　　数据位的个数可以是5、6、7、8等，构成1个字符。通常采用ASCII码，低位在前，高位在后，靠时钟定位。

　　奇偶校验位，数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。

　　停止位，1个字符数据的结束标志。可以是1位、1．5位、2位的高电平。

　　空闲位，不定长，处于逻辑“1”(高电平)状态，表示当前线路上没有数据传送。

　　3 驱动的实现

　　SPORT只提供同步串行数据传送，ADSP—BF561通过UART提供异步RS一232数据传送。通过软件设置和处理，SPORT口可以作为UART异步串口来使用。在应用程序中，写入开发板上SPORT口的内容可以通过简单的硬件转接，在主机端用超级终端等软件接收，使用起来与UART口一样。出于产品开发的需要，本设计利用DSP的同步串口输出调试信息，与PC机进行异步通信。该产品是一款网络视频监控终端，以ADSP—BF561为硬件核心，μClinux2．6为软件核心。

　　3．1 设备驱动原理

　　设备驱动程序是操作系统内核与机器硬件之间的接口，为应用程序屏蔽了硬件的细节。在应用程序看来，硬件设备只是一个特殊的设备文件，应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。而事实上，对硬件的所有实际操作都是由用户空间的应用程序调用内核空间的驱动程序完成的。

　　μClinux内核驱动架构如图1所示。μClinux使用数据结构struct file_operations为所有的设备文件提供了统一的操作函数接口。该数据结构中包括许多操作函数的指针，如open()、close()、 read()和write()等。不同类型的文件有不同的。file_operations成员函数。每个进程对设备的操作最终都会转换成对 file_operations结构的访问。在驱动程序中，首先要根据驱动程序的功能完成file_operations结构中各函数的实现，不需要的函数接口可直接在file_operations结构中初始化为NULL。file_operations变量会在驱动程序初始化时，注册到系统内部；当操作系统对设备进行操作时，会调用驱动程序注册的file_opera—tions结构中的函数，实现相应功能。

　3．2 主要函数实现

　　ADSP—BF561 的SPORT口是全双工的，可以同时发送和接收数据。本驱动主要通过软件设置和处理，利用SPORT口的发送功能，发送16位的串行数据字。其中有效数据位8位，最低位在前，拥有与 UART异步数据相同的数据格式，在主机端可用超级终端等软件接收。

　　驱动中需在file_operations结构里实现的主要接口函数有open()，write()和ioetl()。

　　(1)open() 函数

　　在open()函数中，需初始化SPORTl口相应的寄存器。以下是几个重要的寄存器设置。

　　①SPORTl_TCLKDIV：SPORTl口发送时钟频率设置。

　　SPORTl_TCLKDIV=(SYS_CLOCK_FREQUENCY／2*MO—DEM_BAUD_RATE))一 1；／*SYS_CLOCK_FREQUENCY为系统时钟频率，通过测试，此处应取值为98 390 000。MODEM_BAUD_RATE为波特率，用户可通过调用iootl()进行设置*／

　　②SPORTl_TF SDIV：SPORTl口的发送帧同步频率设置，确定在TFS脉冲前要计数的发送时钟周期数。 SPORTl_TFSDIV=0x000f；

　　③SPORTl_TCR2：设置串行通信字长。SPORTl_TCR2=0x000f；／／设置串行通信字长为16位

　　④SPORTl_TCRl：SPORTl口的主要控制寄存器。SPORTl_TCRl=0x0613；／*传输使能。发送数据时，设置低位优先，设置串口为内部时钟，内部产生帧同步信号，传送时可按照实际的波特率发送数据*／

　　(2)write() 函数

　　write()函数的主要功能是将应用程序中写入SPORT口的数据转换成UART的数据格式输出，主要实现流程如下：

　　①分配缓冲区以存放转换后的数据(用kmalloc实现)。

　　②数据格式的转换。要用SPORT口模拟UART口，就要使从SPORT口发出的数据与从UART口发出的数据具有相同的数据格式。在驱动中将从 SPORT口发出的数据设置为1位起始位、8位数据位、1位停止位，即“O DO D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 l”。停止位与起始位之间可有多个1，但一旦停止位后有O，便认为是下一个字符的开始。应用程序中传入的数据要经过相应转换才能写入SPORT的发送寄存器。具体转换过程为：

　　③数据的发送。SPORT1_STAT中的TXF位指示发送FIFO中是否有空位，其值为1表示FIFO已满，为0表示FIFO中仍有空位。

　　(3)ioctl() 函数

　　ioctl()是设备驱动程序中对设备I／O通道进行管理的函数。所谓对I／O通道进行管理，就是对设备的一些特性进行控制，例如串口传输波特率的选择。驱动程序中ioctl()通过传入的参数cmd设置SPORTl口的发送时钟频率。cmd在用户程序端由一些宏进行定义，该整数通过系统调用传递到内核中的驱动程序，再由驱动程序利用解码宏从这个整数中得到用户要设置的波特率，然后通过switch{case)结构进行相应的操作。

　　主要实现流程如下：

　　只要保证应用程序中由locil()的参数cmd的宏定义值与核心驱动中相应的解码宏定义相符，便可在应用程序中通过ioctl()函数实现任意有效波特率的设置。

　　结语

　　在SPORT口驱动程序中，通过对数据帧结构进行转换，输出与UART异步数据相同的帧格式，用软件实现UART，有效地解决了DSP的异步串口扩展问题。

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