基于ARM 7的S3C44B0X與多路模擬器控制板通訊接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉亞麗，王林棟，黃汛

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基于ARM 7的S3C44B0X與多路模擬器控制板通訊接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉亞麗1，王林棟2，黃汛2

（1. 海軍蚌埠士官學(xué)校，安徽蚌埠 233012；2. 中國(guó)人民解放軍91445部隊(duì)，遼寧大連 116043）

本文介紹了ARM處理器S3C44B0X的基本特性及其UART單元，設(shè)計(jì)了利用S3C44B0X與多個(gè)模擬器控制板的多路通訊接口，以解決主控制器與多路控制板的實(shí)時(shí)協(xié)同工作問題，給出了通過廣播控制電文進(jìn)行控制的實(shí)例，該設(shè)計(jì)成功應(yīng)用于某大型訓(xùn)練模擬器，結(jié)果表明了其具有良好的擴(kuò)展性和使用推廣價(jià)值。

S3C44B0X 嵌入式系統(tǒng) 接口設(shè)計(jì)

0 引言

ARM (Advanced RISC Machines)是近年來在各個(gè)領(lǐng)域日益得到廣泛應(yīng)用的32位微處理器，它既是一個(gè)公司的名稱，也同樣是一類微處理器的通稱，包括ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore等系列。其中ARM7系列處理器是低功耗的32位RISC處理器，它主要用于對(duì)功耗和成本要求比較苛刻的產(chǎn)品，它支持16位的Thumb指令集，使用Thumb指令集能以16位的系統(tǒng)開銷得到32位的系統(tǒng)性能[1]。

以ARM作為微處理器核心嵌入式系統(tǒng)，因其功耗極低，主頻高，具有進(jìn)行高速運(yùn)算處理能力，完成絕大多數(shù)復(fù)雜應(yīng)用的特點(diǎn)。采用Samsung S3C44B0X微處理器的嵌入式操作系統(tǒng)非常適合作為嵌入式系統(tǒng)的控制核心，成為系統(tǒng)主控制器的中心控制單元，通過通訊接口與其他協(xié)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)并行工作。因此，如何高效地設(shè)計(jì)主控制器與協(xié)處理器之間的接口，特別是在多路控制板需要控制的應(yīng)用條件下，滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，就顯得尤為重要。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，某型模擬器應(yīng)用S3C44B0X處理器，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的邏輯關(guān)系及輸入的數(shù)據(jù)，在計(jì)算獲得各個(gè)通道模擬通道輸出量后，通過串口向系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)模擬控制板廣播控制電文，信道內(nèi)模擬控制板可根據(jù)廣播控制電文的相關(guān)信息，執(zhí)行各從控制板控制動(dòng)作，并返回主控制器相應(yīng)執(zhí)行狀況。

1 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)選用的S3C44B0X微處理器是三星公司專為手持設(shè)備和一般應(yīng)用提供的高性價(jià)比的微控制器解決方案，是由ARM公司設(shè)計(jì)的16/32位 ARM7TDMI核處理器工作在66MHZ，可內(nèi)置uCLinux系統(tǒng)，支持基于JTAG的片上集成ICE調(diào)試解決方案[2]。

1.1 處理器集成外設(shè)特點(diǎn)

S3C44B0X微處理器采用2.5VARM7TDMI內(nèi)核，帶有8KB Cache（SAMBA II總線體系結(jié)構(gòu)）為了降低系統(tǒng)總成本和減少外圍器件，這款芯片提供了全面通用的片上外設(shè)，從而最小化系統(tǒng)的成本，片上資源豐富，其系統(tǒng)集成的主要集成外設(shè)如表1所示。

1.2 系統(tǒng)組成及對(duì)外接口

主控制器系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，除串行口外，還可以通過EBI總線接口，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口，擴(kuò)展SDRAM，外置FLASH接口等，使得主控制器系統(tǒng)在完成對(duì)外部多路控制板的處理和控制以外，還可以實(shí)現(xiàn)信息的對(duì)外轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)或顯示等功能。

2 S3C44B0X的URAT單元結(jié)構(gòu)

S3C44B0X的URAT(通用異步收發(fā)器)單元提供兩個(gè)獨(dú)立的異步串行I/O端口，每個(gè)都可以在中斷和DMA兩種模式下工作。每個(gè)URAT通道包含2個(gè)16字節(jié)的FIFO（先入先出）分別提供給接收和發(fā)送。每個(gè)UART都具有獨(dú)立的波特率發(fā)生器，發(fā)送器，接收器和控制單元。波特率發(fā)生器可由芯片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)或外鄰時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。每個(gè)發(fā)送器和接收器都有獨(dú)立的數(shù)據(jù)緩沖器和數(shù)據(jù)移位寄存器，發(fā)送器和接收器包含16字節(jié)的FIFO和移位寄存器，要發(fā)送的數(shù)據(jù)首先寫入FIFO然后復(fù)制到發(fā)送移位寄存器。然后它從數(shù)據(jù)輸出端口TxDn依次被移位輸出，被接收到的數(shù)據(jù)也同樣從數(shù)據(jù)接收端口RxDn移位輸入到移位寄存器，然后復(fù)制到FIFO。其方框圖如圖2所示。

圖1 主控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及對(duì)外接口框圖

S3C44B0X中所包含的兩個(gè)串口TxD0，RxD0，TxD1，RxD1均可以中斷模式或DMA模式工作。發(fā)送/接收數(shù)據(jù)幀都是可編程的，一個(gè)數(shù)據(jù)幀包含一個(gè)起始位，5到8個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)可選的奇偶校驗(yàn)位和1到2個(gè)停止位，這些均通過線性控制寄存器ULCONn控制。發(fā)送器還可產(chǎn)生中止條件，它保證連續(xù)輸出一幀時(shí)間的邏輯0信號(hào)，信號(hào)必須在傳輸完當(dāng)前傳輸字的情況下進(jìn)行。接收的數(shù)據(jù)幀式與發(fā)送數(shù)據(jù)幀式相同，接收器還可以檢測(cè)到溢出錯(cuò)誤，奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，幀錯(cuò)誤和中止?fàn)顩r，每種情況下都會(huì)將一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志置位。

3 多路控制板通訊接口設(shè)計(jì)

3.1 多路模擬器控制板通訊結(jié)構(gòu)

模擬器各從模擬控制板與模擬器主控制器S3C44B0X之間通訊采用RS-485電平，當(dāng)S3C44B0X處于工作狀態(tài)后，依照給定的時(shí)間間隔，把計(jì)算得到的控制信息通過串口向處于485總線上的各從模擬控制板發(fā)送控制電文，各從模擬控制板在RS-485總線上則時(shí)刻處于監(jiān)聽狀態(tài)，收到相應(yīng)信息后則在設(shè)定的總線空閑時(shí)機(jī)，向主控制器回復(fù)當(dāng)前執(zhí)行狀況，各從模擬控制板之間，也可以依托主控制器，即采用從-主-從的方式，實(shí)現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)交互或狀態(tài)查詢。

3.2 模擬器通訊控制電文設(shè)計(jì)

各個(gè)從模擬控制板接收主控制器發(fā)送的控制電文并解析，必須首先明確其每幀結(jié)構(gòu)，然后才能根據(jù)其結(jié)構(gòu)完成對(duì)各相關(guān)信息的提取。目前的信息傳遞幀格式定義的方法有[3]：可見字符編碼，內(nèi)部讀取互不兼容的二進(jìn)制格以及混合編碼方式等。對(duì)于本文所使用的主從通訊結(jié)構(gòu)，為方便調(diào)試和外部監(jiān)視讀取，相互間采用可見的ASCII碼接口協(xié)議發(fā)送。發(fā)送出的數(shù)據(jù)主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。

從模擬控制板在處理時(shí)一般先通過對(duì)幀頭的判斷而識(shí)別后續(xù)數(shù)據(jù)內(nèi)容，進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取處理。由于數(shù)據(jù)幀內(nèi)各數(shù)據(jù)段由逗號(hào)分割，因此在處理緩存數(shù)據(jù)時(shí)一般是通過搜尋ASCII碼"$"來判斷是否是幀頭，對(duì)幀頭的類別進(jìn)行識(shí)別后再通過讀取設(shè)備類型，判斷正在接收的是否為該從模擬控制板的相關(guān)信息，再通過對(duì)所經(jīng)歷逗號(hào)個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)或字符數(shù)據(jù)長(zhǎng)度來判斷出當(dāng)前正在處理的是哪一種控制參數(shù)，并做出相應(yīng)處理。

4 結(jié)束語

整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面運(yùn)用了資源豐富，速度快且低功耗的ARM嵌入式處理器，并提供了與多個(gè)從模擬控制板連接的串口總線通訊解決方案。采用ARM內(nèi)核可以使系統(tǒng)小型化，并極大的提升了系統(tǒng)性能。在實(shí)際應(yīng)用中多路控制板易于擴(kuò)展，從總線提取的控制電文信息也可方便與各種外設(shè)連接和調(diào)試，使其便于實(shí)現(xiàn)更高層次的功能和應(yīng)用，具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

[1] 劉亞麗，陳穎，黃汛．基于ARM的GPS/無源北斗互備PMU研究與設(shè)計(jì)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2008（6）：29-31．

[2] [S3C44B0X USER MANUAL用戶使用手冊(cè)[M]. SAMSUNG ELECTRONICS, 2004.

[3] 田澤．嵌入式系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用教程[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005．

[4] 王研玲．嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2008（6）：40-42．

Interface Design and Realization of Communication between S3C44B0X and Multiplex-simulator’s Control Panel based on ARM7

Liu Yali1, Wang Lindong2, Huang Xun2

（1. Naval Petty Officer Academy, Bengbu 233012, China;2. No.91445 troops , Dalian 116043, China）

TN915

A

1003-4862（2013）01-0055-03

2012-04-23

劉亞麗（1981-），女，碩士，講師。研究方向：船舶電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。