的串口通信软件.pdf

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1、 Rabbit 2000 的串口通信软件 介绍 串口通信是机器通信中应用最早也是最广泛的一种方式 它的基本概念是把一组数据分成单个的比特位 然后通过一个单独的数字通道把比特一位一位发出去 许多串口依靠时钟通道来协调每个比特的发送这些接口称为同步接口然而大多数串口只是在固定的时间断发送比特 接收端可以在同样的时间断对这些发送序列进行采样并重新得到这些比特 这些串口称为异步串口最常见的异步串口是 RS232 和 RS485所有的这些串口使用同演的数据格式仅仅只在电气说明上有所不同数据格式我们称为 SPIserial peripheral interface串口外围接口由一个开始位后面跟着的 7 到

2、 9 位比特以及一位和 2 位停止位高1组成当通信线路空闲时它处于高1的状态因此停止位可以被认为是要传送字节间最短的空闲时间在大多数情况下只有 7 到 8 位的数据比特包含实际的数据如果存在附加位的话被用来作校验位或者用来在信息包协议中作一帧的信号位Rabbit 的串口驱动可以被设定成能够使用大多数的选项 两种串口的支持软件可以应用在Rabbit上 循环缓冲程序或者是信息包驱动 所有4个Rabbit串口的循环缓冲区程序包含在所有的 Dynamic C 的版本中 当处于写的模式时 只有串口 D采用信息包驱动程序而且驱动程序只有版本 但是它将很快就能应用于所有常规 Dynamic C 的版本中的所

3、有串口中 可以在本技术解答中的压缩文件中得到使用的信息包驱动库和例题程序 电路缓冲区实现 电路缓冲串口程序最好的应用是 RS232 串口驱动中断服务要求的中断时间在发送一个字节时是 500 个周期 在接收一个字节时是 400 周期 串口驱动需要线路的缓冲区来临时放置准备发送的数据以及已经接收但没有处理的数据缓冲区的默认大小设定为 31 字节这个大小可以由宏定义 XINBUFSIZE 和 XOUTBUFSIZE 来改变这里 X 代表串口ABC或者 D有效的缓冲区大小是 2n 1(比如153163127)使用非 Cofunction 程序 在串口的库里 标准的发送和接收程序直到完成才能返回 或者在

4、接收程序中当延时发生时程序才能返回这些函数依靠全局变量它们都是不可重入的因此当在 uC/OS-II 或其他的优先多任务系统中使用这些函数时 一个时间只有一个进程能在特定的串口使用 另外串口的库和 uC/OS-II 是兼容的下面是非 Cofunction 发送和接收程序的列表它们完整的描述可以在 Dynamic C Premier Users Manual 中找到 serXgetc serXread serXpeek serXputc serXputs serXwrite 上述每个函数中X 代表 ABC 或者 D对应于指定的串口 使用 Cofunction 程序 完整的 Cofunction 设

5、置存在于串口发送和接收程序中 当等待一个操作完成时这些程序会让步于其他的程序 在一个设定的时间后如果没有接收到任何字符 则接收函数利用超时来退出程序关于优先多任务系统这些函数也被认为是不可重入的所以在一个特定的串口只能有一个任务可以访问 下面是 Cofunction 发送和接收程序的列表 它们完整的描述可以在Dynamic C Premier Users Manual 中找到 cof_serXgetc cof_serXgets cof_serXread cof_serXputc cof_serXputs cof_serXwrite 奇偶校验位和停止位 串口驱动可以被设置成下面 3 种形式的任意

6、组合 7 或 8 位数据格式 奇校验偶校验或者没有校验 1 或 2 位停止位 默认的格式是 8 位数据位和一个停止位这就总共有 9 位如果需要第 10 位那么传送它的时候需要一些特殊的处理如果第 9 位是低位第 10 位要用硬件进行处理处理方法是将一个字节写入特定的交换端口如果第 9 位是高位要采用一个个特殊的延迟方法通常停止位用于第 9 位高位数据位 一旦这个字节发送完毕为另一个字节创建了一个空闲状态后发送器变得无效这样在长的停止位后就创建了一个高位第 9 位不幸的是这就降低了数据的吞吐量会引起硬件问题而这对于数据流之间的间隙是非常敏感的接下来要描述的串口库为半双工的通信提供了关于这个问题的

7、解决方案 以下是模式配置函数的列表它们完整的描述可以在 Dynamic C Premier Users Manual 中找到 serXparity serXdatabits 流量控制 经常有这种情况 系统不能以接收数据的速率来处理到达的数据 在处理能力上缓冲区能够处理较短的失误但是如果接收端不能一直持续接收数据缓冲区会被填满当接收端能够 处理接收数据时它对信号的处理方法被称为流量控制流量控制的两个基本方法是XON/XOFF 方法和硬件方法XON/XOFF 方法指定了两个字节值它们分别为 XON 信号和 XOFF当接受端不能处理多余的数据时它会发送一个 XOFF 控制字节当接收端再次能够接收数据

8、时它发送一个 XON 字节显然发送的数据不能包含在控制字节种硬件流量控制依赖于附加的信号行RTS 和 CTS当数据发送时这些信号行位于两个系统中进行标示 流量控制的实现 Rabbit 的串口驱动实现串口流量控制驱动器被设定为 DTEdata terminal equipment 数据终端设备意味着当准备好发送数据时 RTS 被 Rabbit 声称为输出量 而 CTS 则是输入量负责监视当 Rabbit 连接上以后系统的准备状态 流量控制线 RTS/CTS 通常用宏定义#define进行配置以此来指定那个端口和具体的那个位要使用下面是对串口 D 进行 RTS/CTS 配置的例子#define S

9、ERD_RTS_PORT PDBR#define SERD_RTS_SHADOW PBDRShadow#define SERD_RTS_BIT 6#define SERD_CTS_PORT PBDR#define SERD_CTS_BIT 5 可实现的波特率 附录波特率的速度测试表示了两种不同速度的 Rabbit 底板在不同的情况下速度测试的结果 最高的实际标准波特率依赖于一些因素 比如中断的等待时间影响其他中断驱动的执行 信息包库的实现 对于 Dynamic C 7.03信息包驱动功能只对串口 D 是可用的而且只能在模式下这个技术解答的压缩文件中能找到程序代码要使用信息包驱动库必须在文件 L

10、IB.DIR 列出PACKET.LIB Rabbit 的信息包驱动处理在半双工和全双工的通道上传送和接收不同的信息包格式 驱动器可以利用写入用户程序容易的调整使用各种形式的收发器硬件装置来处理传送和接收模式之间的切换下面是库能处理的 3 种信息包的基本类型 有间隙的信息包通过对于发送设置一定的长度形成间隙以此来分隔信息包 第 9 位信息包使用带有第 9 位的信息包来标示信息包的第一个字节 有开始字符的信息包使用一个特殊的字节来标示信息包起始的信息包 有间隙的信息包和特殊字符模式的信息包都可以设定使用第 9 位作奇偶校验位或是附加的停止位 半双工限制的优点在于能够在模拟高位第 9 位数据时驱动器

11、的中断服务要求能暂时提高波特率 这就允许了停止位接近一个数据位的真实时间而不是整个字节的长度 既然发送器和接收器的逻辑电路都使用相同的波特率计数器 当字节出现的时候它们不能被正确传送因此只能允许使用半双工方式的通信 溢出缓冲区 溢出缓冲区是一个字节的数组 由信息包驱动使用 当没有用户提供的接收缓冲区可用时它可以用来存储字节 一旦接收到完整的数据包 就不能将更多的字节写入到当前接收缓冲区里这时系统就将它们放入溢出缓冲区内当下一次调用函数pktXreceive时溢出缓冲区的内容将复制到新的接收缓冲区内溢出缓冲区的大小在编译时由宏定义XPKTBUFSIZE来设置这里X代表指定的串口(A,B,C,或者

12、D).用户定义函数 既然信息包驱动库可以由各种发送器的硬件使用 一些特定的函数必须由用户来定义 这些函数包括pktXinit(),pktXrx(),和 pktXtx()这里X代表ABC或者D每个函数都没有参数和返回值 这篇技术解答所带的例题代码可以实现pktXinit(),pktXrx(),和 pktXtx()这些函数这些程序可以工作在JACKrabbit或Rabbit的核心模件RCM2000上 pktXinit()初始化通信硬件调用内部函数pktXopen这个函数可以用C语言写成 pktXrx()设置硬件为接收模式这个函数必须由汇编语言来写累加器A内部的所有寄存器必须在最开始保留在返回前存储

13、 pktXtx()设置硬件为发送模式这个函数必须由汇编语言来写寄存器使用的规则与pktXrx()函数相同 函数列表 在这些函数中X 是 ABC 或 D 中的任一个对于 Dynamic C 来说这些函数只对串口D 可用而且只在模式下本篇技术解答的压缩文件里有这些函数的代码 最大的波特率是 PCLK/32低于 PCLK/32/256 的波特率如果晶振频率是 7.373MHz而双倍时钟频率 PCLK14.744MHz 那么波特率低于 1800将改变 A1 定时器影响 B 定时器 参数 baud需要的波特率即每秒传送多少比特 mode所用的信息报类型有效的选项为 PKT_GAPMODE PKT_9BI

14、TMODE PKT_CHARMODE Options信息包方案的更高级说明它的值依赖于所用的模式;间隙模式最小的间隙大小字节时间内 第 9 位模式具有第 9 位协议类型 PKT_RABBITSTARTBYTE 信息包的第一个字节有低位第 9 位其他字节是 8 位 PKT_LOWSTARTBYTE 信息包的第一个字节有低位第 9 位其他字节有高位第 9 位 PKT_HIGHSTARTBYTE 信息包的第一个字节有高位第 9 位其他字节有低位第 9 位 字符模式由字符表示信息包的开始 test_packet函数指针来检测信息包的结束如果信息包结束函数返回 1如果有新的数据读入函数返回 0在间隙模式

15、下测试函数不使用此项应该置 NULL 返回值 1Rabbit2000 的波特率设置与输入波特率相同 0Rabbit2000 波特率设置与输入波特率不匹配 设置驱动器使用第 9 位既可以作为校验位也可以作为第二个停止位这只能用在间隙信 息包或者开始字符信息包里 参数 mode第 9 位比特特殊使用方法 PKT_NOPARITY不使用第9位作任何特殊用途8N1 模式 PKT_OPARITY偶校验位(8O1 模式)PKT_EPARITY奇校验位(8E1 模式)PKT_TWOSTOP使用第9位作为附加的停止位(8N2 模式)返回值 无 使串口的中断服务程序不能工作 参数 无 返回值 1 发送信息包如果

16、已经有一个信息包正在发送函数会锁住直到信息包发送完毕否则函 数会立即返回 参数 send_buffer包含要传送的信息包的缓冲区 buffer_length发送缓冲区的长度 delay在发送信息包之前要等待的字节时间 函数 pktXsend的 cofunction 形式当给定的信息包发送完毕以后函数将返回 参数 send_buffer包含要传送的信息包的缓冲区 buffer_length发送缓冲区的长度 delay在发送信息包之前要等待的字节时间 准备驱动器来接收信息包 这个函数总是立即返回 然而只有当pktXreceiveDone()函数的返回值是真的时候系统才能使用缓冲区 参数 buffe

17、r存放要到来的信息包的数组 buffer_length缓冲区的长度 pktXreceive函数的 cofunction 形式当给定的信息包传送完毕时这个函数会返回驱 动器准备接收数据一旦一个完整的信息包被读入到缓冲区内这个函数就将返回 参数 buffer存放要到来的信息包的数组 buffer_length缓冲区的长度 返回值 接收信息包的字节数 当信息包当前处于发送状态时函数返回真 参数 无 返回值 1一个信息包正要被传送 0没有信息包要发送 如果一个完整的信息包处在当前的接收缓冲区内 参数 无 返回值 1一个完整的信息报已经被接收 0接收缓冲区没有准备好 返回一字节的错误标志 一些比特位被设

18、置表示自从最后一次函数被执行后所产生的任何错 误 当函数被调用时任何设置的比特位会自动被清除因此一个特定的错误只能报告一次 错 误标志将由错误标志表征码进行检查以决定是产生的是那个错误 错误标志表征码 PKT_BUFFEROVERFLOW接收的信息包对于给定的缓冲区来说太大了 PKT_RXOVERRUN在接收任何字节前不能读取接收寄存器 PKT_PARITYERROR接收的字节出现了奇偶校验错误 PKT_SPILLOVERFLOW在其他的接收缓冲区有效之前溢出缓冲区被填满 参数 无 返回值 错误标志字节 附录波特率速度测试 使用 RS232 电路缓冲器函数的四种不同的测试可以在 Jackrab

19、bit 板子上以 14MHz 和 29MHz 两种频率运行每个测试有 4 个变量第一个测试可以不间断 的传送数据块流出的数据流之间没有间隙下表所列的波特率是可能的最大速率 除了要传送的字符由测试程序使用函数 serXput每次传送一个以外第二个测试跟第一个测试相似下表所列的波特率是字节之间没有间隙多能达到的最高速率 第三个测试整块接收连续不断的数据流 下表所列的波特率是在没有产生硬件接收缓冲区溢出的情况下最大的速率 除了数据是 000 每次接收一个字符以外第四个测试与第三个测试是相同的 每个测试在不同的情况设置下执行每个测试中硬件控制FC或开或关测试或者运行在调试模式下或者运行在非调试模式下 表1 串口测试波特率限制14MHz Rabbit 2000 表2 串口测试波特率限制29z Rabbit 2000