物流終端多串口擴展的設計

摘要：本文詳述了863子課題“雙頻RFID讀寫器”的設計。根據(jù)項目的基本需求，提出了擴展多串口通信子板方案，選擇了PC/104并口總線，通過并/串轉換芯片TL16C554擴展4個串口的設計，分析了TL16C554的內部結構及外部特性，并據(jù)此給出了擴展電路圖。

關鍵詞：串口擴展； TL16C554；讀寫器；GPRS；CDMA；PC/104總線

項目分析

物流終端——雙頻讀寫器設計的整個設計框圖如圖1所示。信息處理平臺采用了磐儀EmCORE-N513單片機，這個單片機基于AMD NS GeodeGx1 300MHz處理器和CS5530A協(xié)處理器，支持128MB SDRAM，并提供Ultra DMA IDE接口，可外接硬盤。此外，它還提供了LCD等豐富的外設接口：包括 ISA PC/104接口、兩個標準RS-232串口、并口、2個USB接口、PS/2鼠標鍵盤、LAN口、CF卡接口。AMD Geode GX1 處理器雖然多用在嵌入式處理平臺，但其內核采用386體系結構，這正是本課題選用它的原因：它能與現(xiàn)有的開發(fā)保持最大的兼容性，基于386體系的操作系統(tǒng)和設備驅動及應用軟件幾乎不用做修改就能夠移植到AMD GX1 平臺上。與GX1 處理器相配合的是AMD Geode CS5530A協(xié)處理器。它增強了GX1 的圖形處理功能，并提供CRT和TFT LCD接口。

圖1 物流終端結構框圖

RFID讀寫模塊所支持的頻段包括13.56MHz(HF)和915MHz(UHF)?？紤]現(xiàn)有國內外相關技術的成熟度，以及將來對更多頻段支持的特性要求，13.56MHz和915MHz模塊完全獨立，其中，13.56MHz模塊采用中距離識別，915MHz模塊實現(xiàn)長距離芯片讀寫。兩個模塊均接收來自信息平臺的控制消息，進行相關讀寫操作，并將結果反饋給信息平臺進行處理。讀寫器接收EPC(產品電子編碼)標簽的Tag信息，通過串口發(fā)送給處理器進行進一步處理。

通信模塊可以同時支持以太網接口、GPRS、CDMA等多種不同的通信模式，也可以對通信模塊進行功能定制。無線模塊完成無線網絡功能，向網絡中的PC發(fā)送標簽信息，協(xié)助完成一系列高層處理功能。

由于射頻和無線模塊自帶的接口是非標準的，不能直接與單片機提供的串口相連，共需要4個串口提供給射頻讀寫器(UHF和HF模塊)和無線模塊(GPRS和CDMA)，故決定通過設計擴展子板來提供這4個模塊與CPU的接口。

多串口擴展模塊的設計

由于GPRS模塊與CDMA模塊需要較多的控制信號及很高的波特率，單片機上的串口無法直接提供，采用常用的串口擴展芯片(如GM8125)無法滿足要求，最終采用了單片機上提供的PC/104接口，通過并/串轉換芯片TL16C554來進行多串口擴展。擴展子板框圖如圖2所示。

圖2 擴展子板結構框圖

PC/104是與ISA總線兼容的嵌入式PC專用總線，它與單片機相連，并對外提供豐富的接口控制信號，用它來擴展子板可使邏輯控制相對簡單，不必使用CPLD進行邏輯控制。

TL16C554的內部功能框圖及外部信號線路如圖3所示。其內部有4個完全一樣的ACE(Asynchronous Communications Element)并/串轉換單元TL16C550，16字節(jié)FIFO可減少收發(fā)中斷次數(shù)，提高通信速度，其波特率可通過編程改變，波特率可達1M baud。并口一側有地址及邏輯控制單元，由地址信號A0~A2、讀寫控制信號/IOR、/IOW、4通道片選信號/CSx、復位信號來控制；中斷邏輯單元輸出各通道的中斷請求信號INTx，并發(fā)送接收中斷準備好信號/TXRDY、/RXRDY；時鐘電路由XTAL1及XTAL2外接晶振產生時鐘信號，或從外部輸入時鐘信號。

圖3 TL16C554內部結構框圖

TL16C554提供輸出回送功能(Loopback)，使得對設計的測試非常方便。其提供的3態(tài)輸出數(shù)據(jù)及控制信號具有TTL驅動能力。

TL16C554對數(shù)據(jù)的收發(fā)及控制通過其內部寄存器的操作來實現(xiàn)。這些寄存器由3位地址A0~A2及LCR(線路控制寄存器)的DLAB(LCR的D7位)來選擇。其串行數(shù)據(jù)的位數(shù)可根據(jù)需要選擇為5位、6位、7位及8位，停止位可選擇為1位、1位半或2位，可在數(shù)據(jù)位后附加奇偶校驗位或無奇偶校驗位。

擴展子板的TL16C554及其外圍電路如圖4所示。在輸出的串口信號中，UART_TXDA、UART_nRTSA、UART_nDTRA、UART_nRIA、UART_nCTSA、UART_RXDA、UART_nDSRA、UART_nDCDA是與GPRS模塊(SIEMENS MC53i)的接口信號；UART_TXDB、UART_nRTSB、UART_nDTRB、UART_nRIB、UART_nCTSB、UART_RXDB、UART_nDSRB、UART_nDCDB是與CDMA模塊(WAVECOM Q2438)的接口信號；UART_TXDD、 UART_RXDD接UHF讀寫器模塊(Alien 9930(TTL)/9932(RS-232))，UART_TXDC 、UART_RXDC接HF讀寫器模塊(TI S6350)。DATA[7：0]是PC/104的D[7：0]經74AHC245驅動后的數(shù)據(jù)信號；ADDR[15：0]是PC/104的A[15：0]經74AHC245驅動后的地址信號，其中，只使用了ADDR[4：2]，即連接TL16C554的A0~A2，用于內部寄存器的選擇；nCS_UARTA~D是4個串口通道的片選信號，譯碼器的片選信號由PC/104的AEN提供；INT_UARTA~D是來自4個串口的收發(fā)中斷請求信號，經驅動后送往PC/104的中斷請求端IRQx，同時，INT_UARTA~D通過4與門，輸出到PC/104與TL16C554之間的數(shù)據(jù)驅動控制器74AHC245的輸出使能端，控制數(shù)據(jù)的輸入/輸出；UART_RESET 、UART_nOE、UART_nWE 是PC/104的RESET 、/IOR、/IOW經驅動后的復位及讀寫控制信號；XTAL1、XTAL2接外部晶振，提供芯片工作所需的時鐘。RXRDY、TXRDY是接收及發(fā)送準備好信號，未使用。

圖4 TL16C554外圍電路圖

結論及應用情況

物流終端信息處理平臺外接硬盤、LCD、PS/2等外圍設備，使用Linux操作系統(tǒng)。目前，該物流終端已設計完成并交付課題的合作單位－中科院，在RFID項目中使用。實踐表明，其性能穩(wěn)定，操作方便，通信能力及可擴展性強，完全勝任進一步的開發(fā)需要。

本文的創(chuàng)新點在于，通過使用并/串轉換芯片TL16C554擴展串口，使RFID雙頻讀寫器擴展子板具有CDMA及GPRS無線通信能力，實現(xiàn)了與UHF和HF兩個頻段讀寫模塊的通信要求?！?/P>

參考文獻:
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