1 S3C2410硬件平臺(tái)簡(jiǎn)介

S3C2410是韓國三星公司生產(chǎn)的新一代高性能微處理器，它是基于ARM920T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)用越來越廣泛，基于其平臺(tái)的程序功能也越來越復(fù)雜。于是，在其平臺(tái)上架構(gòu)多線程的操作系統(tǒng)已成為越來越多系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的訴求，本文介紹多線程在S3C2410上的具體實(shí)現(xiàn)過程。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

串行端口的本質(zhì)功能足作為CPU和串行設(shè)備問的編碼轉(zhuǎn)換器，一般微機(jī)內(nèi)都配有通信適配器，使計(jì)算機(jī)能夠與其他具有RS232C串口的計(jì)算機(jī)或設(shè)備進(jìn)行通信。本系統(tǒng)主要目的是實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的近距離串行通信，采用的宿主機(jī)是Intel X86架構(gòu)的Red Hat Linux 9．03環(huán)境PC機(jī)，而目標(biāo)機(jī)是ARM架構(gòu)的開發(fā)板。

本系統(tǒng)中目標(biāo)機(jī)開發(fā)板的內(nèi)核采用的是三星的S3C2410，該開發(fā)板采用核心板加底板的模式．核心板接口采用DIMM200標(biāo)準(zhǔn)連接器．工作非?？煽?，可穩(wěn)定運(yùn)行在203 MHz的時(shí)鐘頻率下。其外設(shè)非常豐富．功能強(qiáng)大．完全可以滿足設(shè)計(jì)需要。串口線采用常用的RS 232C型接口模式。能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與開發(fā)板間的數(shù)據(jù)傳輸與控制。

3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理

串行通信可以在DOS或Windows環(huán)境下進(jìn)行。可以用匯編或高級(jí)語言編寫通信程序，本文介紹如何在Linux操作系統(tǒng)下來實(shí)現(xiàn)串口間的通信。

在串口通信的實(shí)現(xiàn)過程中。要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性．其硬件設(shè)計(jì)是必不可少的，本文中選用S3C2410芯片作為核心器件。S3C2410芯片是SAMSUNG公司16/32位的RISC處理器。采用ARM920T內(nèi)核，內(nèi)部具有2個(gè)獨(dú)立的UART控制器以及分開的16 kB的指令Cache和16 kB數(shù)據(jù)Cache，每個(gè)控制器支持的最高波特率可達(dá)到230．4 kb/s。S3C2410芯片的這些特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)在“nux操作系統(tǒng)下計(jì)算機(jī)與開發(fā)板問的串口通信提供了可靠的保證。基于S3C2410的嵌入式串口通信的硬件結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖

宿主機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在Linux操作系統(tǒng)下編寫好串口通信的程序．通過JTAG接口模塊下載至目標(biāo)機(jī)即開發(fā)板中，在相應(yīng)的軟件控制命令下．通過串行接口線即町實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)問數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。目標(biāo)機(jī)中電源模塊提供了開發(fā)板系統(tǒng)工作所需的正常電壓。各種數(shù)據(jù)信息町以通過液晶顯示模塊及時(shí)顯示出來．還可以通過鍵盤控制模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)日標(biāo)機(jī)操作的控制，外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊町以由FLASH或SDRAM構(gòu)成，當(dāng)然作為一個(gè)完整的系統(tǒng)．還必須配有其他外圍電路，以保證系統(tǒng)的正常工作。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

串口通信軟件的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)成功運(yùn)行的關(guān)鍵，如何保證通信的效率、可靠性、實(shí)時(shí)性以及節(jié)約系統(tǒng)的資源足設(shè)計(jì)者關(guān)心的問題，因此通信協(xié)議的定義、軟件外發(fā)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、程序開發(fā)工具的選擇在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極其重要。PC端串口通信程序的開發(fā)是基于Windows環(huán)境面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，開發(fā)環(huán)境選用vc++，實(shí)現(xiàn)的方法有多種，對(duì)此作介紹的文獻(xiàn)也較多。在此不詳述。對(duì)于單片機(jī)端的串口通信程序，有文獻(xiàn)介紹基于匯編語言的程序框架，但基于分層結(jié)構(gòu)的C語苦實(shí)現(xiàn)卻少有介紹。下面將具體介紹在Keil C51中，分層結(jié)構(gòu)框架下串口全雙工通信程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

4．1 通信協(xié)議口波特率

基于串I=1的通信模式有間步通信和異步通信兩種，這取采用的是異步串行通信。在通信過程中，單片機(jī)應(yīng)處理以下問題： （1）識(shí)別命令。PC機(jī)將命令傳送給單片機(jī)，單片機(jī)能夠識(shí)別不同的命令而且根據(jù)不同的命令內(nèi)容完成不同的操作。（2）識(shí)別數(shù)據(jù)。單片機(jī)能識(shí)別附加在命令后的數(shù)據(jù)。傳送數(shù)據(jù)的最大位數(shù)由設(shè)置的緩沖區(qū)大小決定。（3）出錯(cuò)處理。包括識(shí)別無效命令和處理通信錯(cuò)誤。當(dāng)啦片機(jī)接收到系統(tǒng)沒有定義過的命令．或者收到的命令不符合預(yù)先定義的格式時(shí)。它應(yīng)該做出響應(yīng)．向系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)并能進(jìn)行錯(cuò)誤處理，錯(cuò)誤類型編號(hào)應(yīng)事先定義。（4）正確應(yīng)答。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)接收到一條沒有通信錯(cuò)誤且符合通信協(xié)議的信息時(shí)，應(yīng)根據(jù)所接收的命令進(jìn)行相應(yīng)操作，并把操作結(jié)果返回PC機(jī)．如發(fā)一個(gè)“OK”信息以示確認(rèn)。

PC機(jī)應(yīng)處理的問題：（1）采集單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，如某設(shè)備模塊的狀態(tài)信息；（2）接收單片機(jī)的正常響應(yīng)和錯(cuò)誤響應(yīng)信息，若足錯(cuò)誤響應(yīng)信息，應(yīng)根據(jù)錯(cuò)誤類型，以處理。由于控制的設(shè)備模塊可能有多個(gè)，通過對(duì)設(shè)備模塊統(tǒng)一編址，給不同的設(shè)備設(shè)置唯一的16位地址加以區(qū)分。這樣在PC機(jī)和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，雙方能夠識(shí)別數(shù)據(jù)的來源及需控制的對(duì)象。如表1所樂為通信協(xié)議格式示例．由PC機(jī)傳輸命令協(xié)議和單片機(jī)響應(yīng)協(xié)議組成。

表1 通信協(xié)議示例

4．2 單片機(jī)通信軟件的分層設(shè)計(jì)

單片機(jī)系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境為Keil C51。與匯編語言相比．C語言在結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)．更利于程序移植和擴(kuò)展。串口通信程序采用分層結(jié)構(gòu)。即將程序按層次分為物理層、驅(qū)動(dòng)層，應(yīng)用層，分層設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）與主機(jī)通信的串口程序支持接收和發(fā)送并發(fā)處理（主動(dòng)發(fā)送和被動(dòng)查詢?cè)O(shè)備并存），利于提高通信效率及數(shù)據(jù)處琿的實(shí)時(shí)性。（2）當(dāng)單片

機(jī)只有一個(gè)串口而以串口通信方式控制的設(shè)備模塊有多個(gè)時(shí)。必需對(duì)串口擴(kuò)展，為了簡(jiǎn)化硬件則需用軟件實(shí)現(xiàn)模擬的串口。因此系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)有支持I/O口模擬串口操作的軟件實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)串I/O和模擬串口在物理實(shí)現(xiàn)上有區(qū)別，但采用統(tǒng)一的對(duì)外封裝，以提高程序的封裝性和模塊化祥度。（3）防止由于串口操作向在流程中獨(dú)占CPU資源．避免漏檢狀態(tài)信息等現(xiàn)象發(fā)生。

三層程序的主要功能及C語言實(shí)現(xiàn)如下所述：

（1）驅(qū)動(dòng)層：也稱抽象層，在該層定義串口基本操作結(jié)構(gòu)?；诖私Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同方式下的串口設(shè)計(jì)，包括中斷方式下的串口實(shí)現(xiàn)和I/O口模擬方式下的串口實(shí)現(xiàn)。雖然兩種方式的底層實(shí)現(xiàn)有所區(qū)別。但足驅(qū)動(dòng)層屏蔽不同串口操作的物理細(xì)節(jié)，簡(jiǎn)化應(yīng)用層對(duì)串口的操作。串口的結(jié)構(gòu)定義如下：

typedef struct Serial

{ void （* pfSetBaudRate）（unsigned long baud_rate）; //設(shè)置串口波特率

void （*pfOpen）（void）; //串口打開

void （*pfClose）（void）; //串口關(guān)閉

unsigned （*pfGetChar）（unsigned char *c）; //從接收緩存中取一個(gè)數(shù)

void （*pfPutChar）（unsigned char c）; //發(fā)送一個(gè)字節(jié)

void （*pfPutStr）（unsigned char *tmp_str， unsigned char tmp_len）; //發(fā)送一串?dāng)?shù)

}Cserial;

（2）物理層：在該層針對(duì)不同的串口實(shí)體．完成不同的物理操作．如單片機(jī)串口初始化、I/O模擬串口方式下的定時(shí)器初始化、I/O中斷初始化等。其作用是給不同的串口操作模式提供支撐。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)全雙工串口和模擬串口兩類不同的物理實(shí)現(xiàn)方式．設(shè)計(jì)不同的串口實(shí)體（包含內(nèi)部執(zhí)行每類串口的底層操作及相關(guān)基本的外部初始化等操作），不同的實(shí)現(xiàn)方式，綁定不同的操作函數(shù)指針．指針指向不同的操作。兩種串口實(shí)體封裝成統(tǒng)一的串口基礎(chǔ)類，使程序具有更強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性。在物理層采用循環(huán)FIFO雙緩沖隊(duì)列對(duì)接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存、讀取，緩沖區(qū)循環(huán)FIFO操作方式與中斷方式下接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的結(jié)合使用，保證了數(shù)據(jù)處理的可靠性、實(shí)時(shí)性。，由于篇幅所限．下面只給出了緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)和相關(guān)指針的聲明程序示例代碼：

typedef struct Fifo

{ unsigned char *m_buf；//定義緩沖區(qū)首地址

unsigned int m_bufsize；//定義緩沖區(qū)大小

unsigned int m_wp； //寫入數(shù)據(jù)

unsigned int m_rp； //讀出數(shù)據(jù)

）CFifo；

unsigned char（fFifoPush）（CFifo *me， unsigned char c）；//數(shù)據(jù)入隊(duì)

unsigned char（fFifoPop）（CFifo *me）；//數(shù)據(jù)出隊(duì)

void fFifolnit（CFifo *me， unsigned char * tmp_buf，unsigned int tmp_size）；//初始化

（3）應(yīng)用層：完成對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)初始化。包括串口驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)體的初始化。然后按統(tǒng)一的串口驅(qū)動(dòng)層接口對(duì)串口操作而不關(guān)心其物理實(shí)現(xiàn)方式，如波特率設(shè)置、串口開關(guān)、收發(fā)數(shù)據(jù)等，循環(huán)接收、處理串口的命令和數(shù)據(jù)．處理單片機(jī)的I/O 口操作等。以下為主應(yīng)用程序基本架構(gòu)．本爾例為系統(tǒng)接收串口數(shù)據(jù)后。直接返回主機(jī)。

extern CSerial xdata mSerial； //在物理層，已聲明該串口實(shí)體

void main（void）

{ EA=0；//禁止中斷

Uart_Init（）； //串口初始化

mSerial．pfSetBaudRate（9600）；//設(shè)置波特率為9600bps

mSerial．pfOpen（）； //打開串口

//?其它初始化程序，

EA=l： //開放中斷

while（1）{

if（mSefial．pfGetchar（&i））mSerial．pfPutchar（i）

}

//?其它循環(huán)檢測(cè)、處理程序

}

5 小結(jié)

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)足詳細(xì)地說明了基于S3C2410的嵌入式系統(tǒng)串口全雙工通信軟件分層設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，描述了單片機(jī)與PC機(jī)仝雙工串口通信的通信協(xié)議，以及存keil C51下的程序?qū)崿F(xiàn)。應(yīng)用征明．該方法可以極大地提高程序的封裝性和模塊化程度．增強(qiáng)了串口傳送數(shù)據(jù)時(shí)系統(tǒng)收發(fā)、處理數(shù)據(jù)的并發(fā)性和實(shí)時(shí)性．同時(shí)也提高了編程效率。該方法已成功應(yīng)用于安防監(jiān)控系統(tǒng)、I/O檢測(cè)模塊、安全模塊等系統(tǒng)．運(yùn)行結(jié)果良好。對(duì)于其它基于串口通信的智能設(shè)備控制．具有參考意義。

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