嵌入式串口通信設(shè)計(jì)

湖南文理學(xué)院專業(yè)班級(jí)：通信工程11101班學(xué)號(hào)(2位)評(píng)閱意見：日期嵌入嵌入1嵌入式是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著嵌入計(jì)算機(jī)之間的通信。在實(shí)際開發(fā)應(yīng)用中，串口通信是不可缺少的部分。目前嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)之間一種非常重要而且普遍應(yīng)用的通信方式。本文較為詳細(xì)地介紹了串口通信的硬件電路和軟件實(shí)現(xiàn)方法。通過與計(jì)算機(jī)串口間的接，實(shí)現(xiàn)在ARM平臺(tái)上，傳輸速率115200bps,接收來(lái)自串口(通過超級(jí)終端)的字符并將接收到的字符發(fā)送到超級(jí)終端，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。與外部設(shè)備通信的基本功2 4 41.1串口通信的原理 41.2串口通信的開發(fā)工具 41.2.12410F硬件平臺(tái)簡(jiǎn)介 51.2.2ARM簡(jiǎn)介 51.2.3Linux系統(tǒng)簡(jiǎn)介 51.3串口通信的基本任務(wù) 7二、系統(tǒng)分析 82.1RS-232C標(biāo)準(zhǔn)8三、串口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 3.1串口操作需要的頭文件 3.2打開串口 3.3串口設(shè)置 3.4串口讀寫 3.5關(guān)閉串口 21四、總結(jié) 參考文獻(xiàn) 3串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)汀Ｇ度胧较到y(tǒng)的硬件平臺(tái)構(gòu)架、實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的移植，為今后嵌入式系統(tǒng)的后繼開發(fā)提供了一個(gè)嵌入式平臺(tái)?；谇度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)原理的嵌入式開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)的總體方案，從硬件和軟件兩個(gè)方面講述了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法，及其可行性的論證。嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，著重?cái)⑹隽擞布脚_(tái)的整體設(shè)計(jì)方案，包括各個(gè)設(shè)計(jì)模塊的選型與接口電路的設(shè)計(jì)。隨著世界科技水平的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)以其小型、專用、易攜帶、可靠性高的特點(diǎn)，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如軍事國(guó)防、消費(fèi)電子、通信設(shè)備、工業(yè)控制等。隨著嵌入式系統(tǒng)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域必將更為廣闊，嵌入式系統(tǒng)的研究將會(huì)有非常廣泛的前景。本課題既可以使電子專業(yè)學(xué)生對(duì)ARM920T的嵌入式串口通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用有深入的了解，更重要的是培養(yǎng)了我們的軟硬件動(dòng)手能力，是我們所學(xué)專業(yè)知識(shí)、理論、技能和培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成基本科研任務(wù)能力的一個(gè)綜合檢驗(yàn)，具有一定的效果和意義。4串口傳輸是二進(jìn)制代碼序列在一條信道上以位(元碼)為單位，按時(shí)間順51.2.12410F硬件平臺(tái)簡(jiǎn)介在二次開發(fā)的產(chǎn)品當(dāng)中。這款設(shè)備主要包括核心板與底板兩個(gè)部分，核心板采用6層PCB設(shè)計(jì)、底板采用2層PCB板設(shè)計(jì)，核心器件是基于目前業(yè)內(nèi)主流使用的SAMSUNGARM9SMHzSD主機(jī)和MMC接口，2路SPI。S3C2410處理器最高可運(yùn)行在203MHz。6(6)指令長(zhǎng)度固定。7文件結(jié)構(gòu)是文件存放在磁盤等存儲(chǔ)設(shè)備上的組織方法。主要體現(xiàn)在對(duì)文件和目錄的組織上。目錄提供了管理文件的一個(gè)方便而有效的途徑。我們能夠從一個(gè)使用Linux,用戶可以設(shè)置目錄和文件的權(quán)限，以便允許或拒絕其他人對(duì)其編輯器、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算操作等。用戶也可以產(chǎn)生自己的工具。過濾器：用于接收數(shù)據(jù)并過濾數(shù)據(jù)。交互程序：允許用戶發(fā)送信息或接收來(lái)自其他用戶的信息。具有實(shí)現(xiàn)不同串行通信方式下的數(shù)據(jù)格式化的任務(wù)。在異步通信方式下，接口自動(dòng)生成起止式的幀數(shù)據(jù)格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待傳送的數(shù)據(jù)理數(shù)據(jù)是并行數(shù)據(jù)。所以當(dāng)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)送至數(shù)據(jù)發(fā)換為并行數(shù)才能送入計(jì)算機(jī)處理。因此串并轉(zhuǎn)換是串接口電路和的重要任務(wù)。(3)控制數(shù)據(jù)傳輸速率：串行通信接口電路應(yīng)具有對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率-----波(4)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)：在發(fā)送接口電路對(duì)傳送的字符數(shù)據(jù)自動(dòng)生成奇偶校驗(yàn)位8計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)串行端口的本質(zhì)功能是作為CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(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RS-232C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IntelCentrino架構(gòu)的RedHatLinux9.03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203MHz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。嵌入式串口通信采用EIARS-232C標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C是1969年由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)公布的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的用途是定義數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(DataTerminalEquipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(DataCommunicationEquioment)的接口數(shù)據(jù)終端設(shè)備就是連接通信兩端設(shè)備的連線(如空MODEM)或其他設(shè)備。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)架如圖2.1所示。AMDEMMDEM計(jì)算機(jī)BRS-232C標(biāo)準(zhǔn)的一些主要規(guī)范如下。9RS-232C采用非歸零、雙極性編碼，且使用負(fù)邏輯規(guī)定的邏輯電平：-15～-5V規(guī)定為邏輯“1”。+5～+15V規(guī)定為邏輯“0”。信號(hào)電平與TTL電平不兼容，所!圖2.2RS-232C的電平轉(zhuǎn)換電路(2)引腳定義目前廣泛的DB9引腳定義如圖2.3所示。信號(hào)引腳定義的說(shuō)明見表2.1。圖2.3DB9引腳定義I9針串口DB9針號(hào)功能說(shuō)明縮寫1輸入，數(shù)據(jù)載波檢測(cè)2輸入，接收數(shù)據(jù)3輸出，發(fā)送數(shù)據(jù)456789(3)字符(幀)格式空閑位都規(guī)定為高電平(邏輯值“1”),這樣就能保證起始位開始處一定有一1沒有)數(shù)據(jù)發(fā)送方接收方圖2.4串行傳輸?shù)墓ぷ髟硎疽鈭D從圖2.4中可以看出，這種格式是靠起始位和停止位來(lái)實(shí)現(xiàn)字符的界定或同步的，故稱為起止式協(xié)議。沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘，沒有同步字符，依靠起始位和停止位標(biāo)識(shí)每一幀，傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)的地位在前，高位在后。起始位實(shí)際上是作為同步信號(hào)附加進(jìn)來(lái)的，當(dāng)它變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，告訴接受方傳輸開始，后面接著是數(shù)據(jù)位；而停止位則標(biāo)志一個(gè)字符的結(jié)束。這樣就為通信雙方提供了何時(shí)開始收發(fā)、何時(shí)結(jié)束的標(biāo)志。傳輸開始前，收發(fā)雙方把所采用的字符格式(包括字符的數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度、停止位位數(shù)、有無(wú)校驗(yàn)位以及是奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)等)和數(shù)據(jù)的傳輸速率進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。傳輸開始后，接收設(shè)備不斷地檢測(cè)線路，看是否有起始位到來(lái)。當(dāng)收到一系列的“1”(停止位或空閑位)之后，檢測(cè)到一個(gè)下跳沿(由“1”變?yōu)椤?”),說(shuō)明起始位出現(xiàn)，起始位經(jīng)確認(rèn)后，就開始接收所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位以及停止位。然后去掉停止位，對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并且經(jīng)奇偶校驗(yàn)無(wú)誤后，才算正確地接收到一個(gè)字符。一個(gè)字符接收完畢，接收設(shè)備又繼續(xù)測(cè)試線路，監(jiān)視“0”電平的到來(lái)和下一位字符的開始，直到全部數(shù)據(jù)傳輸完畢。I(4)握手協(xié)議RS-232C標(biāo)準(zhǔn)除了規(guī)定的字符格式和通信波特率以外，還在數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE之間定義了一套握手協(xié)議。握手協(xié)議的過程如圖2.5所示。圖2.5DTE與DCE的握手協(xié)議過程①DTR:數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE準(zhǔn)備就緒。DTE加電并能正確實(shí)現(xiàn)通信時(shí)，向DCE發(fā)出DTR信號(hào)。DTE發(fā)出DSR信號(hào)。DSR有效時(shí)向本地MODEM發(fā)出RTS信號(hào)。本地MODEM檢測(cè)到RTS有效，然后根據(jù)目的電話號(hào)碼向遠(yuǎn)程MODEM發(fā)出呼叫。遠(yuǎn)程MODEM收到該呼叫，發(fā)出回答載波信號(hào)。本地MODEM接受到此載波信號(hào)，然后向遠(yuǎn)程MODEM發(fā)出原載波信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)向DTE發(fā)出數(shù)據(jù)載波信號(hào)DCD。④DCD:數(shù)據(jù)載波信號(hào)檢測(cè)。由MODEM發(fā)向數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE,表示已檢測(cè)到對(duì)方載波信號(hào)。信號(hào)通知自己的DTE,表示這個(gè)通信通路已經(jīng)做好數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)備，允許DTE進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。至此，通信鏈路建立，可以通信。向DTE發(fā)出該信號(hào)，指示此呼叫。在電話呼叫振鈴結(jié)束后，MODEM在DTE已準(zhǔn)備好的情況下(即DTR有效),立即向?qū)Ψ阶詣?dòng)應(yīng)答。雙機(jī)可以利用RS-232C通信接口進(jìn)行直接互連(數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE到DTE),即空MODEM連接。這種形式在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛。由于RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中有兩對(duì)硬件握手協(xié)議的引線：DTR和DSR、RTS和CTS,根據(jù)應(yīng)用握手協(xié)議的機(jī)制不同，可分為3種情況：無(wú)硬件握手、DTR和DSR握手、RTS和CTS握手。①無(wú)硬件握手情況無(wú)硬件握手的雙機(jī)互連如圖2.6所示。DTE計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)AB圖2.6無(wú)握手的雙機(jī)互連無(wú)硬件握手的連線最簡(jiǎn)單，只需要3根線，應(yīng)用比較多。但通信不可靠，接收緩沖區(qū)容易溢出。DTR和DSR握手的雙機(jī)互連如圖2.7所示。EAB圖2.7DTR和DSR握手的雙機(jī)互采用DTR和DSR握手進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的過程如下(設(shè)計(jì)算機(jī)A接收，計(jì)算機(jī)B發(fā)送):若計(jì)算機(jī)A已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，則使DTR有效。計(jì)算機(jī)B通過采集DSR,得知計(jì)算機(jī)A已經(jīng)做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，可以發(fā)送數(shù)據(jù)。若計(jì)算機(jī)A為準(zhǔn)備好，則DTR無(wú)效，計(jì)算機(jī)B通過采集DSR,得知計(jì)算機(jī)A尚未做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，停止發(fā)送數(shù)據(jù)。RTS和CTS握手的雙機(jī)互連如圖2.8所示。AB圖2.8RTS和CTS握手的雙機(jī)互連利用RTS和CTS握手進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的過程如下(設(shè)計(jì)算機(jī)A接收、計(jì)算機(jī)B發(fā)送):若計(jì)算機(jī)A已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，則使RTS有效。計(jì)算機(jī)B通過采集CTS,得知計(jì)算機(jī)A已經(jīng)做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，可以發(fā)送數(shù)據(jù)。若計(jì)算機(jī)A未準(zhǔn)備好，則RTS無(wú)效，計(jì)算機(jī)B通過采集CTS,得知計(jì)算機(jī)A尚未做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，停止發(fā)送數(shù)據(jù)。上在串口通信的實(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SAMGSUNG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16kB的指令Cache和16kB數(shù)據(jù)Cache,每個(gè)控制器支持的最高波特率可達(dá)到230.4kb/s。S3C2410芯片的這些特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)在Linux操作系統(tǒng)下計(jì)算機(jī)與開發(fā)板間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2.9所示：宿主機(jī)(計(jì)算機(jī)系統(tǒng))目標(biāo)機(jī)(開發(fā)板)外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊備(帶圖2.9系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖宿主機(jī)即計(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，通過網(wǎng)絡(luò)ftp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，通過串行接口線即可實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)間數(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)信息可以通過液晶顯示模塊及時(shí)顯示出來(lái)，還可以通過鍵盤控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)機(jī)操作的控制，外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊可以由上13.1串口操作需要的頭文件<fcntl.h>/*文件控制定義*/#include<errno.h>/*錯(cuò)誤號(hào)3.2打開串口Iperror("提示錯(cuò)誤!");在奇偶位或數(shù)據(jù)位(當(dāng)無(wú)奇偶校驗(yàn)時(shí))之后發(fā)送停止位通信線路上傳輸?shù)奈?碼元)信號(hào)都必須保持一致的Ⅱ②檢驗(yàn)位設(shè)置：個(gè)進(jìn)程打開文件的記錄表。當(dāng)打開一個(gè)現(xiàn)存的文件或者是創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，內(nèi)核就向進(jìn)程返回一個(gè)文件描述符；當(dāng)需要讀寫時(shí)也需2nBytewritefdbufferLe_tv.tvusec=(Timeeout%1000)printfThereceivedwordsar3.5關(guān)閉串口本文介紹了一種基于嵌入式的串口通信系統(tǒng)，采用S3C2410芯片作為串口通信的控制核心器件，實(shí)現(xiàn)了在Linux操作系統(tǒng)下宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)間串口通信的基本功能?；谇度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)原理的嵌入式開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)的總體方案，從硬件和軟件兩個(gè)方面講述了嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法，及其可行性的論證。嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，著重?cái)⑹隽擞布脚_(tái)的整體設(shè)計(jì)方案，包括各個(gè)設(shè)計(jì)模塊的選型與接口電路的設(shè)計(jì)。隨著世界科技水平的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)如軍事國(guó)防、消費(fèi)電子、通信設(shè)備、工業(yè)控制等。隨著嵌入式系統(tǒng)軟硬件技術(shù)的通過這兩個(gè)周的學(xué)習(xí)，還是學(xué)到了不少的知識(shí)!不僅糾正了課程學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的許多錯(cuò)誤，還在試驗(yàn)中驗(yàn)證了自己的一些猜想。在學(xué)習(xí)的過程中有失敗，當(dāng)然也有困惑，有成功，當(dāng)然就有喜悅。雖然只是課程設(shè)計(jì)，我還是認(rèn)真對(duì)待，能認(rèn)識(shí)到自己的過錯(cuò)和不足不也是一件幸事嗎!做學(xué)問也是做人，再作學(xué)問的過程中體味做人的道理不也是一種收獲嗎?記得古語(yǔ)中說(shuō)：