基于FPGA和SC16C554实现多串口通信的方法

2009-09-01 10:41:29来源: 张晓峰 李悦丽 黎向阳 张强

  0 引言

  随着电子技术的飞跃发展,通用数字信号处理器(DSP)的性能价格比不断提高,数据处理能力不断加强,其应用领域日益增多,在数据实时采集及高速数字信号处理中应用尤其广泛。当DSP独立构成一个处理单元时,往往需要和外设进行数据交换,其通信能力至关重要。在研制机载合成孔径雷达系统时,信号处理机作为系统的核心要与飞控系统、稳定平台、雷达信号源以及导航系统等部分进行数据交换;如何实现其与其它部分之间有效的通信成为系统设计的关键。串口通信因为其简单,可靠仍然是广泛采用的方法之一。

  1 串口扩展方案选择

  多串口通信常用的实现方案有两种:一种是软件实现,采用软件编程模拟串口,该方法成本低,但编程复杂、开发周期长、可靠性低。另一种是硬件实现,使用多串口单片机或专用串口扩展芯片,该方法虽然成本较高,但是开发比较简单,可靠性高。

  目前比较通用的实现方案是采用通用异步通信芯片实现串口扩展,采用FPGA/CPLD实现DSP与异步串口扩展芯片之间的逻辑控制,完全基于DSP接收和发送数据。该方案的缺点是:当数据量较大、多串口同时工作时占用DSP的时间较长,影响DSP的工作效率,且会造成数据丢失。因此本文提出了一种新的实现方法--基于FPGA和通用异步通信芯片实现多串口通信设计。在不进行硬件改动的基础上,通过在FPGA内建立一个缓存机制,实现接收串口芯片的数据,达到一定量时向DSP发送中断读取数据。该设计能极大减少对DSP的占用时间,提高了DSP的工作效率;同时提高了对串口芯片中断请求的响应速度,解决了数据丢失的问题。

  2 硬件电路设计

  本设计采用通用异步通信芯片SC16C554来实现串口扩展。SC16C554主要特点有:

  1.有A、B、C、D四个通道独立收发数据;

  2.最高传输速率可达5Mbit/s,具有可编程波特率发生器,便于灵活选择数据收发频率;

  3.具有16字节的收发FIFO,且有1、4、8、14字节四个可选择的中断触发深度;

  4.可通过编程设置传输数据的格式(数据长度,校验位,停止位);

  5.具有可独立控制的发送、接收、线路状态和MODEM状态中断;

  6.充分分级的中断系统控制,全面的线路状态报告功能。

  基于FPGA和SC16C554实现多串口通信的基本原理图如图1所示:

  3 软件设计及实现

  系统实际工作所需波特率分别为9600、38400、115200、153600 。分析计算可得不同波特率发送数据时,连续两个数据之间的时间间隔如表1所示:

  由表1可知单个通道连续两个中断产生的最小时间间隔为65μs;因此在65μs的时间内如果可以实现对四个通道分别进行一次读数据操作,即使是四个通道同时来数据也不会发生数据丢失的现象。

  3.1 数据的存储设计

  即在FPGA内部建立一个缓存机制。设计采用在FPGA内部做一个双端口RAM(DPRAM),用来存储串口数据,DSP通过访问DPRAM得到接收的串口数据。

  DPRAM指一个存储模块却包含两个独立的端口,这两个端口共用同一块地址空间,两个端口都可以向这块空间里写数据或从中读取数据。DPRAM的读写数据的模式包括只读、只写、读写三种模式,其中读写模式又包括先写后读、先读后写、只写不读三种模式,我们采用先读后写的模式。

  我们将DPRAM的地址空间分为四部分,分别用来存放四个通道的数据。当FPGA收到数据时,我们可以根据置通道标志寄存器CS[2:0]的值来判断该数据来自哪个通道,将其存入对应的地址空间,并将该通道对应地址线加一。当该通道存储数据量达到编程设置的触发深度时,就将DSP中断寄存器dspint置低,向DSP发送中断;同时向DPRAM内一事先定义好的公共存储空间写入通道标志字。当DSP收到中断后,首先访问该公共存储区读取通道标志字,判断该中断是由哪个通道产生的;然后调用相应的接收函数从DPRAM内读取该通道的数据存入指定的地址空间等待处理。

[1] [2]

关键字:FPGA  SC16C554  多串口通信

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/0901/article_700.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
FPGA
SC16C554
多串口通信

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

夏宇闻老师专栏

你问我答FPGA设计

北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved