兩種MCU間的串行通信協(xié)議設計

2．2．3 線(xiàn)路檢測機制
雖然本例中的UART接口是一種有線(xiàn)通信，而且線(xiàn)纜長(cháng)度不超過(guò)20 cm，但仍有可能出現插口松脫、線(xiàn)纜銅芯斷裂等情況，造成線(xiàn)路中斷。對于轉換成RS232電平的應用，雖然RS232的最大傳輸距離不超過(guò)15 m，但如果在惡劣的環(huán)境中使用，仍無(wú)法完全避免線(xiàn)路發(fā)生中斷。因
此，有效的線(xiàn)路檢測機制是必需的。
本設計中，當本端系統狀態(tài)為Null時(shí)，每間隔1 s就發(fā)送一個(gè)線(xiàn)路探測幀，類(lèi)型ID=0x00，通信內容=0x55。同時(shí)，如果本端在5 s內收不到任何新數據或者線(xiàn)路探測幀，則表明線(xiàn)路中斷，向上層程序發(fā)送線(xiàn)路中斷報告。對于需要交互秒時(shí)間信息的應用，線(xiàn)路探測幀可以省略，只檢測秒時(shí)間信息就可以達到線(xiàn)路探測的目的。
2．2．4 校正機制
因為串行通信普遍存在誤碼的問(wèn)題，因此簡(jiǎn)單有效的校正機制是必須的。由于采用的是點(diǎn)到點(diǎn)的串行接口，數據幀都是按照發(fā)送的先后順序到達接收端，不會(huì )出現后一幀比前一幀早到的情況，只需要采用CRC-16和簡(jiǎn)單的ARQ機制，再加上超時(shí)重傳機制，就可以提供高可靠的數據傳輸。
接收方收到一個(gè)完整的數據幀之后，必須給發(fā)送方返回一個(gè)ACK幀，該幀的類(lèi)型ID=0xFF。通信內容根據校驗的結果有所不同：校驗正確的，Data=1；校驗失敗的，Data=0。
發(fā)送方發(fā)送完一個(gè)完整的數據幀之后，啟動(dòng)超時(shí)重傳計時(shí)器。如果在計時(shí)器超時(shí)之前沒(méi)有收到ACK幀，或者收到的ACK幀的Data為0，就重發(fā)上一個(gè)數據幀；當收到ACK幀之后，計時(shí)器歸零。發(fā)送方只有在收到Data為1的ACK幀后，才能發(fā)送下一個(gè)數據幀。當連續超時(shí)5次時(shí)，表明線(xiàn)路中斷，向上層程序發(fā)送線(xiàn)路中斷報告。
ACK幀和線(xiàn)路檢測幀無(wú)須應答。發(fā)送這兩種幀之后，無(wú)須設置超時(shí)重傳計時(shí)器。
2．2．5 接口控制
接口控制主要管理UART接口的收發(fā)，在此采用中斷的方式來(lái)實(shí)現。若有數據需要發(fā)送，則必須等發(fā)送緩存為空時(shí)，才能把數據寫(xiě)入到發(fā)送緩存，否則會(huì )把舊的數據覆蓋掉，造成數據丟失。當數據寫(xiě)入結束后，產(chǎn)生一個(gè)發(fā)送中斷，通知MCU把數據通過(guò)UART接口發(fā)送出去。當收到一個(gè)數據時(shí)，UART產(chǎn)生一個(gè)中斷信號，通知MCU把數據放入接收緩存，保存完成后清除中斷信號，等待接收下一個(gè)數據。只需修改接口控制部
分，就可以適用于不同的硬件接口。

3 實(shí)驗結果以及分析
為了驗證本串行通信協(xié)議的有效性，連接STM32和MST776的UART接口，在這兩個(gè)MCU上運行本通信協(xié)議，并在線(xiàn)纜上引出兩個(gè)探測點(diǎn)，使用MAX232芯片進(jìn)行電平轉換，然后接到PC機的RS232接口上，進(jìn)行數據檢測。通過(guò)Windows的超級終端，可以在PC機上看到UART接口收發(fā)數據的狀況。同時(shí)，通過(guò)JTAG接口可以看到通信協(xié)議向上層程序交付的數據。
實(shí)驗結果表明，本通信協(xié)議工作正常，收發(fā)數據正確，校正機制和線(xiàn)路檢測機制都工作良好。運行本通信協(xié)議后，兩個(gè)MCU都沒(méi)有出現數據溢出、死機等情況。這表明本文設計的串口通信協(xié)議能夠實(shí)現預期的功能，令Cortex-M3與C51之間可以有效地進(jìn)行信息交互。

結語(yǔ)
本文基于Cortex-M3與C51之間的通信需求，設計了一種基于數據幀的通信協(xié)議，使得兩個(gè)MCU間可以進(jìn)行有效的信息交互。本設計已經(jīng)在某型多媒體系統上得到應用，使用效果很好，表現非常穩定。本設計具有良好的可移植性和通用性，在另一個(gè)嵌入式項目中，經(jīng)過(guò)對程序的少量修改，也在SPI接口上得到了應用。