BF561 SPORT口異步通信的軟件模擬
單片機與嵌入式系統(tǒng)應用 福州大學 江蘭帆
摘要： 在各種DSP應用系統(tǒng)中，經(jīng)常需要與其他的設備或系統(tǒng)進行數(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。當應用系統(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，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建UART，以實現(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用的一款高性能產(chǎn)品，具有豐富的外設接口，集成了2個Blackiln處理器內(nèi)核。它內(nèi)部集成了2 個并行外部接口(PPI)，為同時進行圖像采集、處理和顯示提供了一個系統(tǒng)級片上解決方案，成為各種網(wǎng)絡多媒體應用經(jīng)濟、高效的選擇。
Abstract：
Key words :
在各種DSP應用系統(tǒng)中，經(jīng)常需要與其他的設備或系統(tǒng)進行數(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。當應用系統(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，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建UART，以實現(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用的一款高性能產(chǎn)品，具有豐富的外設接口，集成了2個Blackfln處理器內(nèi)核。它內(nèi)部集成了2 個并行外部接口(PPI)，為同時進行圖像采集、處理和顯示提供了一個系統(tǒng)級片上解決方案，成為各種網(wǎng)絡多媒體應用經(jīng)濟、高效的選擇。
ADSP—BF561提供2個雙通道同步串行端口(SPORTO和SPORTl)，主要有下面幾個特點。
?、匐p向操作：每個SPORT都有2套獨立的發(fā)送和接收引腳。
?、诰彌_的發(fā)送和接收端口：每個端口都有1個數(shù)據(jù)寄存器，用以同其他DSP部件進行雙向數(shù)據(jù)傳輸；多個移位寄存器用于數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)的移入和移出。
?、蹠r鐘：每個發(fā)送／接收端口或者使用外部串行時鐘，或者使用自己產(chǎn)生的時鐘頻率。
?、茏珠L：每個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，每個發(fā)送和接收端口都能運行；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行傳送。每個字符作為一個獨立的信息單位(1幀數(shù)據(jù))，可以隨機出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中。一旦傳送開始，收／發(fā)雙方以預先約定的傳輸速率(波特率，表示每秒傳送的二進制位數(shù))在時鐘的作用下傳送這個字符的每一位。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、奇偶校驗位(可選)和停止位，各部分的意義如下：
起始位，先發(fā)出1個邏輯“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)位的個數(shù)可以是5、6、7、8等，構成1個字符。通常采用ASCII碼，低位在前，高位在后，靠時鐘定位。
奇偶校驗位，數(shù)據(jù)位加上這一位后，使得“1”的位數(shù)應為偶數(shù)(偶校驗)或奇數(shù)(奇校驗)，以此來校驗數(shù)據(jù)傳送的正確性。
停止位，1個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標志?？梢允?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)，表示當前線路上沒有數(shù)據(jù)傳送。
3 驅(qū)動的實現(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。通過軟件設置和處理，SPORT口可以作為UART異步串口來使用。在應用程序中，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，本設計利用DSP的同步串口輸出調(diào)試信息，與PC機進行異步通信。該產(chǎn)品是一款網(wǎng)絡視頻監(jiān)控終端，以ADSP—BF561為硬件核心，μClinux2．6為軟件核心。
3．1 設備驅(qū)動原理
設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核與機器硬件之間的接口，為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié)。在應用程序看來，硬件設備只是一個特殊的設備文件，應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。而事實上，對硬件的所有實際操作都是由用戶空間的應用程序調(diào)用內(nèi)核空間的驅(qū)動程序完成的。
μClinux內(nèi)核驅(qū)動架構如圖1所示。μClinux使用數(shù)據(jù)結(jié)構struct file_operations為所有的設備文件提供了統(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)。每個進程對設備的操作最終都會轉(zhuǎn)換成對 file_operations結(jié)構的訪問。在驅(qū)動程序中，首先要根據(jù)驅(qū)動程序的功能完成file_operations結(jié)構中各函數(shù)的實現(xiàn)，不需要的函數(shù)接口可直接在file_operations結(jié)構中初始化為NULL。file_operations變量會在驅(qū)動程序初始化時，注冊到系統(tǒng)內(nèi)部；當操作系統(tǒng)對設備進行操作時，會調(diào)用驅(qū)動程序注冊的file_opera—tions結(jié)構中的函數(shù)，實現(xiàn)相應功能。
3．2 主要函數(shù)實現(xiàn)
ADSP—BF561 的SPORT口是全雙工的，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。本驅(qū)動主要通過軟件設置和處理，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，在主機端可用超級終端等軟件接收。
驅(qū)動中需在file_operations結(jié)構里實現(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口相應的寄存器。以下是幾個重要的寄存器設置。
?、賁PORTl_TCLKDIV：SPORTl口發(fā)送時鐘頻率設置。
SPORTl_TCLKDIV=(SYS_CLOCK_FREQUENCY／2*MO—DEM_BAUD_RATE))一 1；／*SYS_CLOCK_FREQUENCY為系統(tǒng)時鐘頻率，通過測試，此處應取值為98 390 000。MODEM_BAUD_RATE為波特率，用戶可通過調(diào)用iootl()進行設置*／
?、赟PORTl_TFSDIV：SPORTl口的發(fā)送幀同步頻率設置，確定在TFS脈沖前要計數(shù)的發(fā)送時鐘周期數(shù)。 SPORTl_TFSDIV=0x000f；
?、跾PORTl_TCR2：設置串行通信字長。SPORTl_TCR2=0x000f； ／／設置串行通信字長為16位
?、躍PORTl_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，設置低位優(yōu)先，設置串口為內(nèi)部時鐘，內(nèi)部產(chǎn)生幀同步信號，傳送時可按照實際的波特率發(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實現(xiàn))。
?、跀?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)動中將從 SPORT口發(fā)出的數(shù)據(jù)設置為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1，但一旦停止位后有O，便認為是下一個字符的開始。應用程序中傳入的數(shù)據(jù)要經(jīng)過相應轉(zhuǎn)換才能寫入SPORT的發(fā)送寄存器。具體轉(zhuǎn)換過程為：
?、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()是設備驅(qū)動程序中對設備I／O通道進行管理的函數(shù)。所謂對I／O通道進行管理，就是對設備的一些特性進行控制，例如串口傳輸波特率的選擇。驅(qū)動程序中ioctl()通過傳入的參數(shù)cmd設置SPORTl口的發(fā)送時鐘頻率。cmd在用戶程序端由一些宏進行定義，該整數(shù)通過系統(tǒng)調(diào)用傳遞到內(nèi)核中的驅(qū)動程序，再由驅(qū)動程序利用解碼宏從這個整數(shù)中得到用戶要設置的波特率，然后通過switch{case)結(jié)構進行相應的操作。
主要實現(xiàn)流程如下：
只要保證應用程序中由locil()的參數(shù)cmd的宏定義值與核心驅(qū)動中相應的解碼宏定義相符，便可在應用程序中通過ioctl()函數(shù)實現(xiàn)任意有效波特率的設置。
結(jié)語
在SPORT口驅(qū)動程序中，通過對數(shù)據(jù)幀結(jié)構進行轉(zhuǎn)換，輸出與UART異步數(shù)據(jù)相同的幀格式，用軟件實現(xiàn)UART，有效地解決了DSP的異步串口擴展問題。
參考文獻
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