基于A(yíng)DS的S3C2410實(shí)現(xiàn)嵌入式串口通信 - 全文

　　引言

　　ARM ADS全稱(chēng)為ARM Developer suite(ARM開(kāi)發(fā)套件)。ADS的CodeWarrior集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)是基于Metrowerks CodeWarrior IDE4.2版本的，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)牟眉粢灾С諥DS工具鏈，為管理和開(kāi)發(fā)項(xiàng)目提供了簡(jiǎn)單多樣化的圖形用戶(hù)界面，用戶(hù)可以使用ADS的CodeWarrior IDE為ARM和Thumb處理器開(kāi)發(fā)用C、C++或ARM匯編語(yǔ)言的程序代碼，縮短了用戶(hù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目代碼的周期。ADS中包括3個(gè)調(diào)試器：AXD(ARM ExtendedDebugger)、ARMSD(ARM Symbo l i c Debugger)、ADW/ADU(Appl icat ion Debugger Windows/Unix)。在軟件開(kāi)發(fā)的最初階段，可以使用調(diào)試器進(jìn)行仿真來(lái)測(cè)試所開(kāi)發(fā)的軟件是否達(dá)到了預(yù)期的效果。

　　在數(shù)據(jù)采集的實(shí)際開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，串口通信是不可缺少的部分，它是目前嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)間的一種非常重要且普遍使用的通信方式。計(jì)算機(jī)利用串口對(duì)單片機(jī)等外部設(shè)備的控制減少了在訪(fǎng)問(wèn)外部設(shè)備時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的匯編語(yǔ)言編程等帶來(lái)的麻煩，同時(shí)也有利于大規(guī)模的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。在Linux系統(tǒng)中，系統(tǒng)把串口等其它外設(shè)當(dāng)作文件進(jìn)行操作，在端口的讀寫(xiě)上非常方便，大大提高了系統(tǒng)編程效率。本文通過(guò)把Linux系統(tǒng)移植到S3C2410后，利用S3C2410自帶的串口對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)控制，詳細(xì)地介紹了串行通信的硬件電路和軟件的實(shí)現(xiàn)方法。

　　S3C2410硬件平臺(tái)簡(jiǎn)介

　　S3C2410是韓國(guó)三星公司生產(chǎn)的新一代高性能微處理器，它是基于A(yíng)RM920T內(nèi)核的16/32位RISC處理器。主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。

　　S3C2410擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。又有著低成本。低功耗等優(yōu)點(diǎn)。在各種手持及移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，基于其平臺(tái)的程序功能也越來(lái)越復(fù)雜。于是，在其平臺(tái)上架構(gòu)多線(xiàn)程的操作系統(tǒng)已成為越來(lái)越多系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的訴求，本文介紹多線(xiàn)程在S3C2410上的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

　　硬件結(jié)構(gòu)

　　目前串口大部分是在Windows或是在Dos下運(yùn)用，本文是在Linux系統(tǒng)下利用串口來(lái)實(shí)現(xiàn)通信的。S3C2410芯片是三星公司生產(chǎn)的 16/32bit的RISC處理器，獨(dú)立的16kB指令和16 kB數(shù)據(jù)的緩存(cache)，用于虛擬內(nèi)存管理的MMU單元，LCD控制器(STN&TFT)，非線(xiàn)性(NAND)FLASH的引導(dǎo)單元，系統(tǒng)管理器(包括片選邏輯控制和SDRAM控制器)，3個(gè)通道的異步串口(UART)，每個(gè)控制器支持的最高波特率可以達(dá)到230400 Boud/s，這些特點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)在Linux系統(tǒng)下計(jì)算機(jī)與開(kāi)發(fā)板之間順利進(jìn)行串口通信提供了可靠的保證。WNSC400是北京維納光科公司生產(chǎn)的電動(dòng)位移平臺(tái)控制箱，它擁有RS232的串口能使S3C2410通過(guò)串口對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而能夠?qū)崿F(xiàn)S3C2410對(duì)電動(dòng)位移平臺(tái)的控制。但是控制箱是在 Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，所以要想把它應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中是存在難度的。S3C2410的串口要實(shí)現(xiàn)與控制箱的數(shù)據(jù)傳輸，那么就要使控制箱及其控制的電動(dòng)平移臺(tái)實(shí)現(xiàn)與其它模塊組成嵌入式系統(tǒng)，比如與一臺(tái)攝像頭聯(lián)系起來(lái)，當(dāng)攝像頭對(duì)物體進(jìn)行圖像采集后，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而計(jì)算出目標(biāo)具體要改變的位移等參量，然后控制箱在通過(guò)$3C24lO的存儲(chǔ)器中讀取這些數(shù)據(jù)，并發(fā)出命令使電動(dòng)位移平臺(tái)按需要的改變量進(jìn)行移動(dòng)，這樣就是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)(宿主機(jī))、目標(biāo)機(jī)(S3C2410)還有控制箱之間連接的硬件原理如圖1所示。在宿主機(jī)上將在A(yíng)DS環(huán)境下編好的程序通過(guò)JTAG下載到 S3C2410后，S3C2410就可以通過(guò)串口與控制箱進(jìn)行通信。

?

　　UART軟件

　　通用異步收發(fā)器(UART)是一種串行接口，許多微處理器和微控制器中都包含這種外設(shè)接口。異步串行接口提供了一種簡(jiǎn)單的途徑，使兩個(gè)器件無(wú)需共享同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)就能進(jìn)行通信。如果再加入一個(gè)合適的電平轉(zhuǎn)換器，串口還能用在RS-232和RS-485網(wǎng)絡(luò)中通信，或者與計(jì)算機(jī)的COM端口連接。串口只需兩根信號(hào)線(xiàn)(Rx和Tx)即可實(shí)現(xiàn)，而且只要兩端器件都采用同樣的位格式和波特率，那么它們無(wú)需其它任何對(duì)方的信息就可以成功傳輸數(shù)據(jù)。

　　軟件UART的意義

　　如今，可提供功能完善的硬件串口的微控制器比比皆是，那么我們?yōu)槭裁催€要費(fèi)力地用微控制器的端口管腳來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件UART呢?主要有以下幾個(gè)原因：

　　首先，盡管確實(shí)有許多微控制器都包含了硬件UART，但仍有許多沒(méi)有包含這種接口。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇微控制器時(shí)，可能很難找到一款各方面都很理想的產(chǎn)品。例如，電壓范圍合適的微控制器可能內(nèi)部存儲(chǔ)器不夠大，而存儲(chǔ)器大小足夠的可能又沒(méi)有足夠的端口管腳，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。因此，通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)某些系統(tǒng)需要的外設(shè)接口，從而彌補(bǔ)一款微控制器性能上的缺陷，就能增加可供設(shè)計(jì)選擇的微控制器的數(shù)量和種類(lèi)，從而增大設(shè)計(jì)的靈活性。

　　第二，即便一款微控制器包含了一個(gè)功能完善的硬件UART，由于某種原因，這對(duì)即將進(jìn)行的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)可能仍然不夠。例如，可能是微控制器需要與之通信的外設(shè)所用的協(xié)議與串口協(xié)議稍有不同，也可能是硬件UART所提供的位數(shù)、奇偶校驗(yàn)功能或輸入和輸出緩存無(wú)法完全滿(mǎn)足應(yīng)用的要求。這時(shí)，通過(guò)構(gòu)建一個(gè)軟件UART接口，我們?cè)诙xUART的功能和串口協(xié)議的細(xì)節(jié)上就更靈活。

　　第三，一款微控制器的硬件UART也許能夠很好地滿(mǎn)足應(yīng)用的需求，但只是數(shù)量不夠。例如，微控制器包含兩個(gè)UART，而設(shè)計(jì)中的應(yīng)用卻需要三個(gè)。此時(shí)，我們不必僅僅為了增加串口的數(shù)量就另外增加一塊新的芯片，而只需增加一個(gè)與該微控制器上現(xiàn)有的UART具備同樣功能和特性的軟件UART。

　　UART軟件部分的實(shí)現(xiàn)

　　絕大多數(shù)的Linux軟件開(kāi)發(fā)都是以native方式進(jìn)行的，即本機(jī)(HOST)開(kāi)發(fā)、調(diào)試、本機(jī)運(yùn)行的方式，但是由于在目標(biāo)機(jī)上沒(méi)有足夠的資源來(lái)滿(mǎn)足嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，所以這種方式不適合于嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。通常嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)采用交叉編譯調(diào)試的方法。交叉編譯的主要特征是某機(jī)器中執(zhí)行的程序代碼不是由本機(jī)編譯生成，而是由另外一臺(tái)機(jī)器編譯生成。

　　串口通信的基本任務(wù)有：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式化、進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換、控制數(shù)據(jù)傳輸速率、進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和進(jìn)行TTl與EIA電平轉(zhuǎn)換。串口通信分為同步通信和異步通信兩種類(lèi)型，本文將用到異步串行I/0。

　　由于Linux系統(tǒng)將所有的設(shè)備都看成文件，所以訪(fǎng)問(wèn)串口時(shí)，認(rèn)為串口是一個(gè)文件，我們可以使用文件系統(tǒng)控制函數(shù)實(shí)現(xiàn)基本的串口操作，比如open()函數(shù)用來(lái)打開(kāi)串口，read()和write()函數(shù)用來(lái)讀寫(xiě)串口，在傳輸數(shù)據(jù)完成后可以用close()函數(shù)關(guān)閉串口。

　　構(gòu)造了一個(gè)嵌入式版本的Linux文件系統(tǒng)，它使得內(nèi)核在系統(tǒng)盡量精簡(jiǎn)的情況下能夠運(yùn)行起來(lái)，并滿(mǎn)足產(chǎn)品和系統(tǒng)各方面的要求。其中，為文件系統(tǒng)配置用戶(hù)和屬組以達(dá)到一定的安全性更是系統(tǒng)的一大特色。另外，在這個(gè)嵌入式文件系統(tǒng)中，引入了VFS的支持，雖然犧牲了一些空間，但是大大方便了今后各種物理文件系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)加載。Linux的文件系統(tǒng)事實(shí)上非常的龐大，構(gòu)造一個(gè)嵌入式的Linux文件系統(tǒng)是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程

　　串口的基本設(shè)置

　　串口最基本的設(shè)置有波特率設(shè)置、檢驗(yàn)位和停止位的設(shè)置。串口的設(shè)置主要是設(shè)置struct termios結(jié)構(gòu)體的各成員值：

?

　　串口的讀寫(xiě)

　　發(fā)送數(shù)據(jù)

?

　　除了上面用read來(lái)讀取串口的方法外，也可以使用操作文件的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)異步讀取，如fcnt1，或者selectt等。

　　應(yīng)用程序

　　ADS開(kāi)發(fā)平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是它已經(jīng)把串口的相關(guān)設(shè)置函數(shù)都已經(jīng)包含在相關(guān)的頭文件中，這樣當(dāng)開(kāi)發(fā)人員想利用串口進(jìn)行再次研發(fā)時(shí)就可以直接利用這些函數(shù)，或者在原函數(shù)上進(jìn)行修改。本文中要通過(guò)S3C2410的串口對(duì)WNSC400控制箱進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸就利用了這些優(yōu)點(diǎn)，部分程序如下：

?

　　結(jié)語(yǔ)

　　在A(yíng)DS環(huán)境下進(jìn)行的開(kāi)發(fā)減少了直接在Linux系統(tǒng)下進(jìn)行串口開(kāi)發(fā)所遇到的麻煩，而且由于A(yíng)ARM具有多功能模塊擴(kuò)展功能，可以使多種功能集中起來(lái)，為WNSC400控制箱及其電動(dòng)平移臺(tái)廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中創(chuàng)造了條件。