移动嵌入ARM7串口9位方式编程技术

1 主从式多机通信
　　所谓主从式多机系统，即在数个arm(或单片机)中，有一个是主机，其余的为从机。从机要服从主机的调度、支配，其拓扑结构如图1所示。

　　
　　主机信息可以发到各个从机，从机发送的信息只能被主机接收，从机之间不进行通信。
　　51单片机串口不同寻常的特征是包括第9位方式(在串口模式2和模式3下)。它允许把在串行口通信增加的第9位用于标志特殊字节的接收。一般约定第9位为高时表示该字节为地址字节，第9位为低时为数据字节。第9位方式允许接收单片机信息，仅当字节具有一个第9位时才能被中断。用这种方式，主机首先广播1字节，并让其第9位为高，同时收到该字节的各个从机，只有地址相符的打开，以接收后面的数据字节。所接续的数据字节(第9位为低)不能引起其他从机中断，因为未送它们的地址。
　　51单片机用9位方式多机通信时，串口模式必须在方式2或方式3。
　　其实现多机通信的原理和工作过程如下：作主机的8051的SM2应设定为O，作从机的sM2设定为1。主机发送并被从机接收的信息有两类：一类是地址，用于指示需要和主机通信的从机地址，由串行数据第9位为“1”来标志;另一类是数据，由串行数据第9位为“0”来标志。由于所有从机的SM2=1，故每个从机总能在R1=O收到主机发来的地址(因为串行数据的第9位为“l”)，并进入各自的中断服务程序。在中断服务程序中，每台从机把接收到的从机地址和它的本机地址(系统设计时所分配)进行比较。所有比较不相等的从机均从各自的中断服务程序中退出(SM2仍为1)，只有比较成功的从机才足被主机寻址通信的从机。被寻址的从机在程序中使SM2=0，以便接收随之而来的数据或命令(RB8=0)。上述过程进一步归结如下：
　　①主机的SM2为O，所有从机的SM2=1，以便接收主机发来的地址。
　　②主机给从机发送地址时，第9数据位应设置l，以指示从机接收这个地址。
　　③所有从机在SM2=1、RB8=1和RI=O时，接收主机发来的从机地址，进入相应中断服务程序，并与本机地址相比较，以便确认是否为被寻址从机。
　　④被寻址从机通过指令清除SM2，以便正常接收数据，并向主机发回接收到的从机地址，供主机核对。未被寻址的从机保持SM2=1，并退出各自中断服务程序。
　　⑤完成主机和被寻址之间的数据通信，被寻址从机在通信完成后重新使SM2=l，并退出中断服务程序，等待下次通信。
　　从以上8051实现9位方式多机通信的过程可见，关键问题在于：
　　①发送端(主机)如何发送第9位，并且可编程设置1或O;
　　②接收端(从机)如何接收到这第9位，并判断出是l还是0。
　　以上问题，8051串口可通过控制寄存器SCON中的TB8、RB8和SM2位的设置和读取轻松解决，但在ARM中并没有与805l类似功能的寄存器。那么ARM7多机系统怎样实现如上9位方式多机通信呢?下面通过分析arm串口(以UART0为例)的内部结构和相关寄存器，给出一个有效的解决方案。
2 arm7串口UART0内部结构
　　使用ARM7串口UARTO之前须设置5个寄存器，即中断使能寄存器UOIER、UARTO格式控制寄存器UOLCR、FIFO控制寄存器UOFCR和波特率设置寄存器UODLM和UODLL。发送过程是：CPU内核通过VPB接口对UARTO的寄存器进行读写访问，数据首先进入发送缓存UOTHR，经发送移位寄存器UOTSR逐位移出，经TxDO引脚输出。接收过程是：数据经RxDO，先进入接收移位寄存器UORSR，经接收缓存U0RBR，通过VPB与CPU内核相连。特别注意的是，通信过程中arm7串口中的中断标志寄存器U0IIR和UART0状态寄存器UOLSR的各位将随着通信收发而自动受到影响，也就是说这两个寄存器记录了数据通信过程的状态信息，这些信息很有用。
　　UOIIR寄存器的描述如表1所列。
　　
　　UOIIR提供状态代码，用于指示一个挂起中断的中断源和优先级。在访问UOIIR的过程中，中断被冻结。如果在访问UOIIR时产生了中断，该中断将被记录，在下次访问UOIIR时可以读出，避免了中断的丢失。
　　UOLSR寄存器描述如下：
　　
　　RDR：接收数据就绪。判断该位是否置1，决定能否从FIF0中读取数据。
　　0——UORBR为空。
　　l——UORBR中包含有效数据。从接收FIFO中读走所有数据后，恢复为O。
　　0E：溢出错误标志。当U0RBR寄存器中已经有新的字符就绪，而接收FIF0已满时，该位置位。
　　0——接收缓存区没有溢出。
　　1——接收缓存区发生溢出错误。
　　PE：奇偶校验错误。在使能奇偶校验位之后，对所有接收的数据都进行奇偶校验，如果与UOLCR中的设置不符，将引起奇偶校验错误。
　　O——没有发生奇偶校验错误。
　　1——发生奇偶校验错误。读操作使该位恢复为O。
　　FE：帧错误标志。当接收字符的停止位为O时，产生帧错误。
　　O——没有发生帧错误。
　　1——发生帧错误。读取该位时恢复为O。
　　BI：间隔中断标志。在发送数据时，如果RXDO引脚保持低电平，将产生间隔中断。发生间隔中断后，接收模块停止数据接收。
　　O——没有发生间隔中断。
　　1——发生间隔中断。
　　THRE：反映UOTHR是否为空，也可以认为发送FIFO是否为空。
　　O——不为空。
　　1——空。对UOTHR进行写操作，使该位恢复为O。
　　TEMT：当发送移位寄存器和UOTHR均为空时，该位置位。
　　0——不为空。
　　1——空。对UOTHR进行写操作，使该位恢复为0。
　　RXFE：如果一个带有接收错误(如帧错误、奇偶错误或间隔中断)的字符装入UORBR时，该位置位。
　　O——UORBR中没有接收错误，或UOFCR[O]为0。
　　1——UORBR中包含至少一个UARTO Rx错误。

　　另外，还有两个很重要的寄存器：一个是前面提到的格式控制寄存器UOLCR，另一个是FIFO控制寄存器UOFCR。
　　UOLCR寄存器的描述如下：
　　
　　其中第3位和第4、5位十分重要。
　　奇偶使能：控制是否进行奇偶校验。如果使能，发送时将添加一位校验位。
　　O——禁止奇偶产生和校验。
　　1——使能奇偶产生和校验。
　　奇偶选择：设置奇偶校验类型。
　　OO——奇数(数据位+校验位=奇数)。
　　01——偶数(数据位+校验位=偶数)。
　　10——校验位强制为1。
　　11——校验位强制为O。
　　U0FCR寄存器的描述如下：
　　
　　这里面注意第6、7位。
　　Rx触发点设置：通过设置这两位可以调整接收FIF0中触发RDA中断的有效字节数量。
　　00——触发点O(1字节)。
　　01——触发点1(4字节)。
　　10——触发点2(8字节)。
　　11——触发点3(14字节)。
3 9位方式多机通信编程实现
　　上面已说明，9位方式多机通信的关键是第9位的编程发送和第9位的接收和判断。
　　对于发送端，利用UOLCR寄存器的设置便能实现第9位的编程发送。
　　UOLCR=0x2B; //带奇偶校验，强制为l
　　UOLCR=Ox3B; //带奇偶校验，强制为O
　　通过以上设置，只要编程发送1字节,arm就自动将第9位按程序设置的0或1发送出去。
　　难点在于接收端，即接收端把接收到的第9位放到哪了，程序员又如何知道这第9位是0还是1。
　　其实，ARM并不像51单片机那样把接收到的第9位数据自动装入SCON的RB8。实际上，ARM并没有这样的寄存器SCON，也没有RB8位。要实现判断第9位为1或0，只能利用arm串口通信的奇偶校验功能!
　　具体思路如下：
　　①设置奇偶校验使能;
　　②编程读取UOLSR寄存器的PE位(具体含义见UOLSR寄存器的描述部分);
　　③编程判断收到的l字节中有多少个“1”，并设置一标志PP;
　　④将上述标志与PE位比较处理;
　　⑤比较的结果就正确表示了第9位是“O”，还是“1”。
　　按照以上思路，可有效实现第9位的判断。下面给出相应的程序代码：
　　
　　上述程序中变量u9就是得到的第9位标志：
　　当u9=OxFF时，说明第9位为1;
　　当u9=OxFE时，说明第9位为O。
　　还需注意的是，接收端奇偶校验设置成偶校验还是奇校验，要根据后面程序中标志pp的设置而定。
　　4 总 结
　　本设计方案巧妙地应用arm串口通信奇偶校验功能，实现了9位方式的多机通信，并在相关课题中成功应用，而且保证了通信的可靠性。