高效FIFO串口雙機通信在ARM7上的實現

S3C44B0X(時鐘頻率為60 MHz)的UART單元提供2個獨立的異步串行I/O口，每個通信口均可工作于中斷或DMA模式。即UART能產生內部中斷請求或DMA請求，在CPU和串行I/O口之間傳送數據。它支持高達115.2 Kb/s的傳輸速率，每1個UART通道包含了2個16位的分別用于接收和發(fā)送信號的先進先出(FIFO)通道。S3C44B0X UART包括可編程波特率、紅外發(fā)送/接收、1個開始位、1個或2個停止位、5/6/7/8位數據寬度和奇偶校驗。每個UART包含1個波特率發(fā)生器、接收器、發(fā)送器和控制單元，其構成如圖1所示[1]。

1 FIFO概述

1．1 FIFO概念

　　先入先出FIFO(First In First Out)，即先被寫入到FIFO的數據將會先被讀出。它是一片用來緩存數據的存儲單元，可以把需要處理的數據先暫存在這片存儲單元中，在數據量達到一定數量時再集中處理，以提高系統(tǒng)性能。FIFO可以集成在芯片中，而當系統(tǒng)需要的緩沖區(qū)較大時，也可以用單獨的RAM實現。S3C44B0X串口收發(fā)器包含了16 B的FIFO和數據移位器，將要傳輸的數據寫進FIFO，然后賦值到發(fā)送移位器，最后從發(fā)送的引腳移位發(fā)送出去，達到利用FIFO緩沖區(qū)高效通信的目的。

1．2 FIFO意義

　　 FIFO是數據傳輸系統(tǒng)中極其重要的一環(huán)，特別是在2個處于不同時鐘域的系統(tǒng)接口部分，FIFO的合理使用，不但能使接口處數據傳輸的輸入輸出速率進行有效的匹配，不使數據發(fā)生復寫、丟失和讀入無效數據的情況，而且還會有效地提高系統(tǒng)中數據的傳輸效率。使用FIFO進行串口通信，較之傳統(tǒng)的串口通信有更高的效率。它將要發(fā)送和已經接收的數據集中起來進行操作，避免了頻繁的總線操作，減輕了CPU的負擔。因此，使得基于FIFO方式的串口通信目前應用十分廣泛。

1．3 FIFO中斷請求

S3C44B0X的UART有7個狀態(tài)(Tx/Rx/Error)信號：溢出錯誤、奇偶錯誤、幀錯誤、斷點條件、接收FIFO/Buffer數據準備就緒、發(fā)送FIFO/Buffer空和發(fā)送移位寄存器空，這些狀態(tài)信號由相應的UART狀態(tài)寄存器(UTRSTATn/UERSTATn)聲明[1]。

當處于接收錯誤狀態(tài)時，如果在控制寄存器(UCONn)中接收錯誤狀態(tài)中斷使能位被置為1，則溢出錯誤、奇偶校驗錯誤、幀錯誤及斷點錯誤，每1個作為1種錯誤狀態(tài)都可發(fā)出錯誤中斷請求。當1個接收錯誤狀態(tài)中斷請求被發(fā)現時，引起中斷請求信號會被讀UERSTATn所識別。如果控制器中的接收模式被選定為中斷模式，則當接收器從接收移位寄存器向接收FIFO傳輸數據時，會激活接收FIFO的可引起接收中斷的“滿”狀態(tài)信號。同樣，如果控制器中的發(fā)送模式被選定為中斷模式，則當發(fā)送器從發(fā)送FIFO向發(fā)送移位寄存器傳輸數據時，可引起發(fā)送中斷的發(fā)送FIFO“空”狀態(tài)信號被激活。如表1所示。



2 FIFO串口通信的實現

FIFO重啟時，輸入和輸出的指針都指向FIFO中的第1個存儲位置。對FIFO的每次寫入操作會使輸入指針指向FIFO的下1個存儲位置，相應地每次讀取操作會使FIFO的輸出指針指向FIFO的上1個存儲位置。若指針需要從最后1個存儲位置移動到第1個存儲位置，則FIFO會自動實現這一過程而不需要任何對指針的重啟操作。FIFO內部除了包含輸入和輸出端口之外，通常還有其他狀態(tài)標志輸出，如空狀態(tài)和滿狀態(tài)。當FIFO已空或者已滿時，空狀態(tài)和滿狀態(tài)標志位就會有相應的輸出，即當FIFO已空時不能進行讀取操作，當FIFO已滿時不能進行寫入操作[2]。

2.1 配置特殊寄存器

為了使目標系統(tǒng)能正常工作，必須配置相關的寄存器，如I/O口寄存器、串口控制寄存器和串口源/目的寄存器等。S3C44B0X有2個串口，這里以串口0為例，進行相關寄存器的配置。

/*I/O口配置，定義各相關引腳功能和上拉電阻狀態(tài) */
rPCONC |=0xf0000000；
rPUPC |=0xc000；
rPCONE=(rPCONE 0x3ffeb)|0x28；
rPUPE |=0x6；
rPCONF=(rPCONF 0x3ff)+0x124800；
rPUPF |=0x1e0；
/* 定義串口0工作寄存器組 */
rULCON0=0x3； //正常模式，無奇偶校驗，1位停止位，8位數據位
rUCON0=0x245； //Rx為邊沿觸發(fā)，Tx為電平觸發(fā)，禁
//止超時中斷，產生接收錯誤中斷，普通傳送、
//發(fā)送與接收為中斷或輪詢模式
rUFCON0=(26)|(14)|(6)|1； //FIFO啟動需先復位
　rUBRDIV0=(mclk/(baud*16))； //mclk為60000000，baud為115200

2.2 FIFO串口發(fā)送模塊

串口數據發(fā)送幀格式是可編程的，它包含1個開始位，5~8個數據位，1個可選的奇偶位和1~2個停止位，這些都可以通過線控制寄存器(UCONn)來設置。發(fā)送器也能夠產生發(fā)送中止條件。中止條件迫使串口輸出保持在邏輯0狀態(tài)，這種狀態(tài)保持超過1個傳輸幀的時間長度。通常在1幀傳輸數據完整地傳輸完之后，再通過這個全0狀態(tài)將中止信號發(fā)送給對方。中止信號發(fā)送之后，傳送數據將持續(xù)地放入到輸出FIFO中。要發(fā)送的數據被存放在定義的字符串指針uart0TxStr 中，串口發(fā)送模塊通過讀該字符串中的字符進行數據發(fā)送，核心源代碼如下：

void __irq Uart0_TxFifoInt(void)
{
/* 判斷FIFO發(fā)送緩沖區(qū)是否為滿或字符串結束 */
while( !(rUFSTAT0 0x200) (*uart0TxStr !='