一種基于C8051F310的UART擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)

　　(2)軟件實(shí)現(xiàn)

　　發(fā)送狀態(tài)機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)：將數(shù)據(jù)進(jìn)入到發(fā)送緩沖寄存器，然后置SW_TX端口為低電平，啟動(dòng)發(fā)送，裝載波特率源，此后每經(jīng)過1/2個(gè)位時(shí)間后通過移位操作將發(fā)送緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)按位改變SW_TX數(shù)據(jù)線電平從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

　　接收狀態(tài)機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)：當(dāng)PCA0模塊捕捉到SW_RX下邊沿后為產(chǎn)生中斷，捕捉接收起始位，然后轉(zhuǎn)載波特率，此后每1/2個(gè)位時(shí)間讀取SW_RX線數(shù)據(jù)位，通過移位操作進(jìn)入接收緩存。在第九位是由PCA0捕捉停止位，完成接收。

　　多個(gè)UART的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)

　　由于軟件UART主要利用中斷來控制接收和發(fā)送的，因此，當(dāng)進(jìn)行多個(gè)UART擴(kuò)展是不可避免的遇到了由于中斷處理時(shí)間對(duì)于UART上發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的位時(shí)間對(duì)準(zhǔn)問題。根據(jù)UART傳輸原理為了保證接收的準(zhǔn)確性一般采用在1/2個(gè)位時(shí)間處讀取和發(fā)送數(shù)據(jù)。因此無論進(jìn)行多少個(gè)UART擴(kuò)展其總的時(shí)間開銷應(yīng)小于1/2個(gè)位時(shí)間，因此當(dāng)配置多個(gè)UART擴(kuò)展時(shí)傳輸?shù)牟ㄌ芈适怯邢拗频摹Ｍ瑫r(shí)為了盡可能的多擴(kuò)展UART應(yīng)當(dāng)盡量采用較高的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。

　　在本設(shè)計(jì)中利用C8051F310實(shí)現(xiàn)了4路UART擴(kuò)展。分別利用定時(shí)器T0，定時(shí)器T2，定時(shí)器T3和PCA定時(shí)器作為波特率產(chǎn)生定時(shí)器。設(shè)定波特率為9600b/s。

　　考慮中斷處理時(shí)間，前文提到了總的中斷處理時(shí)間應(yīng)小于1/2個(gè)位時(shí)間，考慮了最差情況，即4路中斷同時(shí)并發(fā)的情況，一般而言此種情況是不常發(fā)生的，因此，認(rèn)為只要滿足下式：

　　即可滿足n個(gè)UART擴(kuò)展的要求，其中為平均中斷處理時(shí)間。

　　對(duì)于中斷時(shí)間的測(cè)定，可采用在中斷開始和中斷結(jié)束處設(shè)置斷點(diǎn)讀取定時(shí)器計(jì)數(shù)值方式獲得。

　　由此可以看出能否盡量多的擴(kuò)展一定波特率要求的UART，主要是控制中斷處理的時(shí)間采用盡量少的中斷處理完成讀取和發(fā)送的I/O端口控制，以及相應(yīng)的移位操作，一般接收狀態(tài)機(jī)中中斷時(shí)間較長(zhǎng)，而中斷發(fā)送機(jī)時(shí)間較短。

　　多串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議

　　本設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)多串口軟件擴(kuò)展的目的是為了解決端口不足的問題，利用一個(gè)串口實(shí)現(xiàn)對(duì)于多個(gè)UART設(shè)備的通訊，同時(shí)克服硬件擴(kuò)展中信道占用問題，因此需要編制數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。

　　下行數(shù)據(jù)的讀取

　　UART設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送可以分為兩類：分為主從式和直發(fā)式，主從式數(shù)據(jù)的獲取需要先向設(shè)備發(fā)送指令，通過指令獲取相應(yīng)設(shè)備數(shù)據(jù)。直發(fā)式設(shè)備則無論處于何種狀態(tài)，系統(tǒng)加電后按照預(yù)定數(shù)據(jù)協(xié)議向上發(fā)送數(shù)據(jù)。在本設(shè)計(jì)中同時(shí)存在這兩類設(shè)備。

　　對(duì)于直發(fā)式設(shè)備本設(shè)計(jì)采用直接利用一路軟件UART獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)預(yù)先開辟好的一組存儲(chǔ)區(qū)域中，對(duì)于主從式設(shè)備本設(shè)計(jì)采用由單片機(jī)按照其最小工作周期連續(xù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的方式(即利用單片保持?jǐn)?shù)據(jù)的最小采集周期更新)。

　　采集的時(shí)序安排，由于下掛的各種設(shè)備數(shù)據(jù)采集周期不同，因此不可避免的存在各種數(shù)據(jù)采集的時(shí)序問題，由于采用中斷方式進(jìn)行采集，這種時(shí)序的安排體現(xiàn)在了中斷的優(yōu)先級(jí)安排上。為了最大限度的保持?jǐn)?shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，應(yīng)將數(shù)據(jù)周期較長(zhǎng)的設(shè)備設(shè)定為高優(yōu)先級(jí)中斷，這樣在其設(shè)備采集設(shè)備的同時(shí)可以更新其他低速設(shè)備。

　　上行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)

　　上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)采用指令方式，即利用指令判斷從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中獲取那些設(shè)備的數(shù)據(jù)。通過這種方式把原來兩類設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸方式統(tǒng)一到了主從式上。