1 主從式多機(jī)通信

所謂主從式多機(jī)系統(tǒng)，即在數(shù)個(gè)ARM" title="ARM">ARM(或單片機(jī))中，有一個(gè)是主機(jī)，其余的為從機(jī)。從機(jī)要服從主機(jī)的調(diào)度、支配，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

多機(jī)通信" title="多機(jī)通信">多機(jī)通信的編程技術(shù)" src="http://files.chinaaet.com/images/20110621/265b6db1-9528-4dfb-b7c1-1c80a804828f.jpg" />

主機(jī)信息可以發(fā)到各個(gè)從機(jī)，從機(jī)發(fā)送的信息只能被主機(jī)接收，從機(jī)之間不進(jìn)行通信。

51單片機(jī)串口不同尋常的特征是包括第9位方式(在串口模式2和模式3下)。它允許把在串行口通信增加的第9位用于標(biāo)志特殊字節(jié)的接收。一般約定第9位為高時(shí)表示該字節(jié)為地址字節(jié)，第9位為低時(shí)為數(shù)據(jù)字節(jié)。第9位方式允許接收單片機(jī)信息，僅當(dāng)字節(jié)具有一個(gè)第9位時(shí)才能被中斷。用這種方式，主機(jī)首先廣播1字節(jié)，并讓其第9位為高，同時(shí)收到該字節(jié)的各個(gè)從機(jī)，只有地址相符的打開(kāi)，以接收后面的數(shù)據(jù)字節(jié)。所接續(xù)的數(shù)據(jù)字節(jié)(第9位為低)不能引起其他從機(jī)中斷，因?yàn)槲此退鼈兊牡刂贰?/p>

51單片機(jī)用9位方式多機(jī)通信時(shí)，串口模式必須在方式2或方式3。

其實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信的原理和工作過(guò)程如下：作主機(jī)的8051的SM2應(yīng)設(shè)定為O，作從機(jī)的sM2設(shè)定為1。主機(jī)發(fā)送并被從機(jī)接收的信息有兩類：一類是地址，用于指示需要和主機(jī)通信的從機(jī)地址，由串行數(shù)據(jù)第9位為“1”來(lái)標(biāo)志；另一類是數(shù)據(jù)，由串行數(shù)據(jù)第9位為“0”來(lái)標(biāo)志。由于所有從機(jī)的SM2=1，故每個(gè)從機(jī)總能在R1=O收到主機(jī)發(fā)來(lái)的地址(因?yàn)榇袛?shù)據(jù)的第9位為“l”)，并進(jìn)入各自的中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，每臺(tái)從機(jī)把接收到的從機(jī)地址和它的本機(jī)地址(系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所分配)進(jìn)行比較。所有比較不相等的從機(jī)均從各自的中斷服務(wù)程序中退出(SM2仍為1)，只有比較成功的從機(jī)才足被主機(jī)尋址通信的從機(jī)。被尋址的從機(jī)在程序中使SM2=0，以便接收隨之而來(lái)的數(shù)據(jù)或命令(RB8=0)。上述過(guò)程進(jìn)一步歸結(jié)如下：

①主機(jī)的SM2為O，所有從機(jī)的SM2=1，以便接收主機(jī)發(fā)來(lái)的地址。
　?、谥鳈C(jī)給從機(jī)發(fā)送地址時(shí)，第9數(shù)據(jù)位應(yīng)設(shè)置l，以指示從機(jī)接收這個(gè)地址。
　?、鬯袕臋C(jī)在SM2=1、RB8=1和RI=O時(shí)，接收主機(jī)發(fā)來(lái)的從機(jī)地址，進(jìn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序，并與本機(jī)地址相比較，以便確認(rèn)是否為被尋址從機(jī)。
　　④被尋址從機(jī)通過(guò)指令清除SM2，以便正常接收數(shù)據(jù)，并向主機(jī)發(fā)回接收到的從機(jī)地址，供主機(jī)核對(duì)。未被尋址的從機(jī)保持SM2=1，并退出各自中斷服務(wù)程序。
　　⑤完成主機(jī)和被尋址之間的數(shù)據(jù)通信，被尋址從機(jī)在通信完成后重新使SM2=l，并退出中斷服務(wù)程序，等待下次通信。

從以上8051實(shí)現(xiàn)9位方式多機(jī)通信的過(guò)程可見(jiàn)，關(guān)鍵問(wèn)題在于：

①發(fā)送端(主機(jī))如何發(fā)送第9位，并且可編程設(shè)置1或O；
　?、诮邮斩?從機(jī))如何接收到這第9位，并判斷出是l還是0。

以上問(wèn)題，8051串口可通過(guò)控制寄存器SCON中的TB8、RB8和SM2位的設(shè)置和讀取輕松解決，但在ARM中并沒(méi)有與805l類似功能的寄存器。那么ARM7多機(jī)系統(tǒng)怎樣實(shí)現(xiàn)如上9位方式多機(jī)通信呢?下面通過(guò)分析ARM串口(以UART" title="UART">UART0為例)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)寄存器，給出一個(gè)有效的解決方案。

2 ARM7串口UART0內(nèi)部結(jié)構(gòu)

使用ARM7串口UARTO之前須設(shè)置5個(gè)寄存器，即中斷使能寄存器UOIER、UARTO格式控制寄存器UOLCR、FIFO控制寄存器UOFCR和波特率設(shè)置寄存器UODLM和UODLL。發(fā)送過(guò)程是：CPU內(nèi)核通過(guò)VPB接口對(duì)UARTO的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)訪問(wèn)，數(shù)據(jù)首先進(jìn)入發(fā)送緩存UOTHR，經(jīng)發(fā)送移位寄存器UOTSR逐位移出，經(jīng)TxDO引腳輸出。接收過(guò)程是：數(shù)據(jù)經(jīng)RxDO，先進(jìn)入接收移位寄存器UORSR，經(jīng)接收緩存U0RBR，通過(guò)VPB與CPU內(nèi)核相連。特別注意的是，通信過(guò)程中ARM7串口中的中斷標(biāo)志寄存器U0IIR和UART0狀態(tài)寄存器UOLSR的各位將隨著通信收發(fā)而自動(dòng)受到影響，也就是說(shuō)這兩個(gè)寄存器記錄了數(shù)據(jù)通信過(guò)程的狀態(tài)信息，這些信息很有用。

UOIIR寄存器的描述如表1所列。

UOIIR提供狀態(tài)代碼，用于指示一個(gè)掛起中斷的中斷源和優(yōu)先級(jí)。在訪問(wèn)UOIIR的過(guò)程中，中斷被凍結(jié)。如果在訪問(wèn)UOIIR時(shí)產(chǎn)生了中斷，該中斷將被記錄，在下次訪問(wèn)UOIIR時(shí)可以讀出，避免了中斷的丟失。

UOLSR寄存器描述如下：

RDR：接收數(shù)據(jù)就緒。判斷該位是否置1，決定能否從FIF0中讀取數(shù)據(jù)。
　　0——UORBR為空。
　　l——UORBR中包含有效數(shù)據(jù)。從接收FIFO中讀走所有數(shù)據(jù)后，恢復(fù)為O。
　　0E：溢出錯(cuò)誤標(biāo)志。當(dāng)U0RBR寄存器中已經(jīng)有新的字符就緒，而接收FIF0已滿時(shí)，該位置位。
　　0——接收緩存區(qū)沒(méi)有溢出。
　　1——接收緩存區(qū)發(fā)生溢出錯(cuò)誤。
　　PE：奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤。在使能奇偶校驗(yàn)位之后，對(duì)所有接收的數(shù)據(jù)都進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，如果與UOLCR中的設(shè)置不符，將引起奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤。
　　O——沒(méi)有發(fā)生奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤。
　　1——發(fā)生奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤。讀操作使該位恢復(fù)為O。
　　FE：幀錯(cuò)誤標(biāo)志。當(dāng)接收字符的停止位為O時(shí)，產(chǎn)生幀錯(cuò)誤。
　　O——沒(méi)有發(fā)生幀錯(cuò)誤。
　　1——發(fā)生幀錯(cuò)誤。讀取該位時(shí)恢復(fù)為O。
　　BI：間隔中斷標(biāo)志。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如果RXDO引腳保持低電平，將產(chǎn)生間隔中斷。發(fā)生間隔中斷后，接收模塊停止數(shù)據(jù)接收。
　　O——沒(méi)有發(fā)生間隔中斷。
　　1——發(fā)生間隔中斷。
　　THRE：反映UOTHR是否為空，也可以認(rèn)為發(fā)送FIFO是否為空。
　　O——不為空。
　　1——空。對(duì)UOTHR進(jìn)行寫(xiě)操作，使該位恢復(fù)為O。
　　TEMT：當(dāng)發(fā)送移位寄存器和UOTHR均為空時(shí)，該位置位。
　　0——不為空。
　　1——空。對(duì)UOTHR進(jìn)行寫(xiě)操作，使該位恢復(fù)為0。
　　RXFE：如果一個(gè)帶有接收錯(cuò)誤(如幀錯(cuò)誤、奇偶錯(cuò)誤或間隔中斷)的字符裝入U(xiǎn)ORBR時(shí)，該位置位。
　　O——UORBR中沒(méi)有接收錯(cuò)誤，或UOFCR[O]為0。
　　1——UORBR中包含至少一個(gè)UARTO Rx錯(cuò)誤。

另外，還有兩個(gè)很重要的寄存器：一個(gè)是前面提到的格式控制寄存器UOLCR，另一個(gè)是FIFO控制寄存器UOFCR。

UOLCR寄存器的描述如下：

其中第3位和第4、5位十分重要。

奇偶使能：控制是否進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。如果使能，發(fā)送時(shí)將添加一位校驗(yàn)位。

O——禁止奇偶產(chǎn)生和校驗(yàn)。
　　1——使能奇偶產(chǎn)生和校驗(yàn)。
　　奇偶選擇：設(shè)置奇偶校驗(yàn)類型。
　　OO——奇數(shù)(數(shù)據(jù)位+校驗(yàn)位=奇數(shù))。
　　01——偶數(shù)(數(shù)據(jù)位+校驗(yàn)位=偶數(shù))。
　　10——校驗(yàn)位強(qiáng)制為1。
　　11——校驗(yàn)位強(qiáng)制為O。

U0FCR寄存器的描述如下：

這里面注意第6、7位。

Rx觸發(fā)點(diǎn)設(shè)置：通過(guò)設(shè)置這兩位可以調(diào)整接收FIF0中觸發(fā)RDA中斷的有效字節(jié)數(shù)量。
　　00——觸發(fā)點(diǎn)O(1字節(jié))。
　　01——觸發(fā)點(diǎn)1(4字節(jié))。
　　10——觸發(fā)點(diǎn)2(8字節(jié))。
　　11——觸發(fā)點(diǎn)3(14字節(jié))。

3 9位方式多機(jī)通信編程實(shí)現(xiàn)

上面已說(shuō)明，9位方式多機(jī)通信的關(guān)鍵是第9位的編程發(fā)送和第9位的接收和判斷。

對(duì)于發(fā)送端，利用UOLCR寄存器的設(shè)置便能實(shí)現(xiàn)第9位的編程發(fā)送。

UOLCR=0x2B； //帶奇偶校驗(yàn)，強(qiáng)制為l
　　UOLCR=Ox3B； //帶奇偶校驗(yàn)，強(qiáng)制為O

通過(guò)以上設(shè)置，只要編程發(fā)送1字節(jié)，ARM就自動(dòng)將第9位按程序設(shè)置的0或1發(fā)送出去。

難點(diǎn)在于接收端，即接收端把接收到的第9位放到哪了，程序員又如何知道這第9位是0還是1。

其實(shí)，ARM并不像51單片機(jī)那樣把接收到的第9位數(shù)據(jù)自動(dòng)裝入SCON的RB8。實(shí)際上，ARM并沒(méi)有這樣的寄存器SCON，也沒(méi)有RB8位。要實(shí)現(xiàn)判斷第9位為1或0，只能利用ARM串口通信的奇偶校驗(yàn)功能!

具體思路如下：

①設(shè)置奇偶校驗(yàn)使能；
　?、诰幊套x取UOLSR寄存器的PE位(具體含義見(jiàn)UOLSR寄存器的描述部分)；
　?、劬幊膛袛嗍盏降膌字節(jié)中有多少個(gè)“1”，并設(shè)置一標(biāo)志PP；
　?、軐⑸鲜鰳?biāo)志與PE位比較處理；
　　⑤比較的結(jié)果就正確表示了第9位是“O”，還是“1”。

按照以上思路，可有效實(shí)現(xiàn)第9位的判斷。下面給出相應(yīng)的程序代碼：

上述程序中變量u9就是得到的第9位標(biāo)志：

當(dāng)u9=OxFF時(shí)，說(shuō)明第9位為1；
　　當(dāng)u9=OxFE時(shí)，說(shuō)明第9位為O。

還需注意的是，接收端奇偶校驗(yàn)設(shè)置成偶校驗(yàn)還是奇校驗(yàn)，要根據(jù)后面程序中標(biāo)志pp的設(shè)置而定。

4 總 結(jié)

本設(shè)計(jì)方案巧妙地應(yīng)用ARM串口通信奇偶校驗(yàn)功能，實(shí)現(xiàn)了9位方式的多機(jī)通信，并在相關(guān)課題中成功應(yīng)用，而且保證了通信的可靠性。