原创 基于i.MX27处理器串口扩展设计详解

              基于i.MX27处理器串口扩展设计详解

摘要:介绍在i.MX27芯片上利用16C652芯片来扩展串口的方案,详细阐述i.MX27芯片与16C652芯片之间的接口设计、CPLD设计、驱动设计。

关键词: i.MX27; 16C652; 串口扩展; ARM9嵌入式系统；工业控制。

　引　言

在工业控制中需要的大量的现场控制总线，如CAN,Profibus,MODBUS,RS485/RS422,RS232.同时在工业控制，仪器仪表，医疗器械等非消费类领域，嵌入式处理器占到绝大部分，而作为控制中枢的嵌入式处理器串口往往只有三、四个,为了实现对多个外设的控制,需要对串口进行扩展。ARM芯片是目前在嵌入式系统中应用得最多的一种处理器内核，可运行linux、WINCE、VxWORKS等操作系统，拥有包括LCD、串口、网络通讯、存储芯片等大量外围接口。开发板平台使用成都莱得的FlexG1工控板.

注：本文章只介绍扩展2个串口的设计，需要扩展4个串口选用 16C654即可，如果需要增加更多的串口，增加16C654即可增加UART扩展个数，设计思路完全相同。

　硬件设计

图1　串口扩展硬件图

在图1中,电路图由4部分组成：i.MX27处理器、CPLD、16C652、DB9连接器。其中i.MX27处理器和DB9连接器没有在图中画出来。片选选用i.MX27的CS4，起始地址为：0xD400 0000

，地址信号A0，A1，A2决定了16C652不同的寄存器。

　CPLD设计

CPLD实现如下几个功能：电平转换：由于i.MX27的WEIM总线为1.8V，需要CPLD实现1.8V-3.0V的电平转换；UART片选、读写信号：16C652的两个串口的片选信号由CS4_B和GPIO_CS4产生。GPIO_CS4为0,以及CS4_B为0，UART_CS**选有效；GPIO_CS4为1,以及CS4_B为0，UART_CSB片选有效；

详细CPLD代码如下：

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity UART is

    port(

         A:in std_logic_vector(0 to 2);

         UART_A:out std_logic_vector(0 to 2);

         D:inout std_logic_vector(0 to 7);

         UART_D:inout std_logic_vector(0 to 7);

         GPIO_CS4:in std_logic;

         CS4_B:in std_logic;

         OE_B:in std_logic;

         RW_B:in std_logic;

         UART_CSA_B:out std_logic;

         UART_CSB_B:out std_logic;

         UART_OE_B:out std_logic;

         UART_RW_B:out std_logic

);

end;

architecture control of UART is

begin

-- Chip Select Outputs

    UART_CSA_B <= '0' when (CS4_B = '0' and GPIO_CS4 = '0') else '1';

    UART_CSB_B <= '0' when (CS4_B = '0' and GPIO_CS4 = '1') else '1';

-- level shift 

   UART_A<=A;

   UART_OE_B <= '0' when (OE_B = '0' and (UART_CSA = '0' or UART_CSB = '0')) else '1';

   UART_RW_B <= '0' when (RW_B = '0' and (UART_CSA = '0' or UART_CSB = '0')) else '1';

process(D,UART_D,UART_OE_B,UART_RW_B,UART_OE_B)

  begin

    if (UART_OE_B = '0') and (UART_RW_B = '1') then

       D <=  UART_D;

    elsif (UART_OE_B = '1') and (UART_RW_B = '0') then

       UART_D <= D;

    else

          D<="ZZZZZZZZ";

    end if;     

end process;

end control;

　软件的设计

    sc16c652是一款集成了2路标准异步串行收发器的串口扩展芯片，也就是通常所说的8250兼容串口。它的操作方法和寄存器功能与8250完全兼容，因此我们可以用基于linux内经典的8250驱动来驱动sc16c652，只需要根据硬件的设计，稍微修改一下标准的8250驱动，下面我们就在8250驱动的基础上根据硬件的设计来实现sc16c652的驱动程序

    首先来看看硬件上是如何来实现双串口的收发流程的。根据cpld程序的逻辑，当驱动访问 0xD400_0000----0xD5FF_FFFF 这32M地址空间的时候，CS4_B引脚会自动变为低电平。然后可以通过控制GPIO_CS4来选择串口号，当GPIO_CS4为高电平的时候，CPLD的输出为低的时候UART_CSB_B为低，选中串口A，当GPIO_CS4为低电平的时候，CPLD输出UART_CSA_B为低，选择串口B，这样就实现了串口号的逻辑选择，然后数据接收采用中断方式，我们硬件设计如下

MX27_PIN_SSI1_FS:      gpio 输出 做串口芯片的复位引脚，下降沿复位100us

MX27_PIN_SSI1_TXDAT：  gpio 输入 禁止上拉 上升沿触发 串口1的接收中断引脚

MX27_PIN_SSI1_RXDAT：  gpio 输入 禁止上拉 上升沿触发 串口2的接收中断引脚

由以下两个引脚来决定选中那个串口号

MX27_PIN_SSI1_CLK ：   gpio 输出也就是GPIO_CS4 可以用来选择串口号 [0--->串口1 1-->串口2]

CS4_B： 输出，当我们0xD400_0000----0xD5FF_FFFF这段地址的时候,始终保持为低电平