利用ST16C554D實(shí)現DSP多路串行通訊

2004年11月A版

摘  要：    給出了DSP多路串行通信系統的構成及相關(guān)程序代碼。
關(guān)鍵詞：    DSP；串行通訊；ST16C554D；TMS320VC33
引言
    DSP是數字信號處理理論與超大規模集成電路技術(shù)融合的結晶。目前，DSP技術(shù)正廣泛地應用于通信、語(yǔ)音、圖像、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域，在推動(dòng)信息處理數字化方面發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。隨著(zhù)應用領(lǐng)域越來(lái)越廣，應用環(huán)境也越來(lái)越復雜，如何實(shí)現DSP與外設的可靠數據交換就變得至關(guān)重要。串行通訊成本低，結構簡(jiǎn)單，控制方便，DSP和外設的通訊通常都采用這種方式。
    TMS320VC33是TI公司一種浮點(diǎn)DSP芯片，性?xún)r(jià)比高，指令執行速度可達150 MFLOPS。但是為了不使其強大的計算能力受到影響，TMS320VC33僅提供了一個(gè)串口，要實(shí)現多路串行通訊，就必須通過(guò)外部器件來(lái)擴展。

ST16C554D
    ST16C554D是EXAR公司生產(chǎn)的通用異步通信芯片，可支持4路獨立的串行通訊。芯片的每路傳輸和接收單元都提供了獨立的串并轉換和并串轉換，以實(shí)現串行異步數據接收同步。串行數據流的同步通過(guò)添加起始位和停止位實(shí)現，而數據的完整性通過(guò)校驗位來(lái)確認，在同一塊芯片上要集成這種多路串行通訊是較為復雜的，ST16C554D采用了先進(jìn)的CMOS處理技術(shù)，達到了低損耗和高速率的要求。
    與普通處理器相比，ST16C554D提供了16字節的接收和發(fā)送FIFO，這就允許外部CPU在給定的時(shí)間內處理更多的在線(xiàn)任務(wù)，并減少了全局的UART中斷服務(wù)時(shí)間。
另外，ST16C554D將16C554D和68C554D的兩種封裝集成在同一個(gè)芯片上，使用方便。16模式用于與INTEL系列芯片接口，而68模式用于與MOTOROLA和其他通用接口。
ST16C554D特性有：

TMS320VC33多路通訊系統的實(shí)現
    圖1是某捷聯(lián)慣性導航系統的部分原理框圖，通過(guò)ST16C554D實(shí)現了DSP芯片TMS320VC33的多路串行通訊。圖中三個(gè)陀螺為光纖陀螺，陀螺數據采用RS-422串行輸出，輸出周期為1ms。
    圖中，ST16C554D的讀寫(xiě)信號和通道片選由DSP的選通信號STRB、地址信號A3-A6及讀寫(xiě)信號R/W產(chǎn)生。為了使整個(gè)系統成為完全可編程系統，采用了一片可編程邏輯器件GAL20V8B來(lái)實(shí)現邏輯控制，從而增加了系統的靈活性。GAL芯片采用ABEL語(yǔ)言編程。ST16C554D譯碼電路的邏輯方程如下：
EQUATIONS
      !CSA=!PAGE3&!AR6&!AR5&!AR4!&!AR3;
      !CSB=!PAGE3&!AR6&!AR5&!AR4&AR3;

      !CSC=!PAGE3&!AR6&!AR5&AR4&!AR3;
      !CSD=!PAGE3&!AR6&!AR5&AR4&AR3;
      !IOR=!PAGE3&RW&!STRB;
      !IOW=!PAGE3&!RW&!STRB;
    本系統中，ST16C554D的通道D用作監控口和PC機接連，通道A、B、C的接收端用于接收陀螺數據，通道C的發(fā)送端也與PC機相連，可在通道D的監控下高速發(fā)送各陀螺的原始數據。例如，PC機向通道D發(fā)送指令“$A?！?，DSP接收到該指令后將X陀螺的原始采樣數據從通道C高速發(fā)送至PC機。
    通道D采用RS-232方式，波特率為19.2Kbps，用MAX232實(shí)現電平轉換后可直接和PC機串口連接。通道A、B、C采用RS-422方式，波特率為460.8Kbps，可用MAX3095芯片做接收電平轉換，用MAX3045芯片做發(fā)送電平驅動(dòng)?？紤]通道C發(fā)送端要和PC機相連，而PC機串口僅支持RS-232協(xié)議，故系統使用了PCI1601轉換卡。PCI1601帶有兩個(gè)9針的RS-422串口，采用PCI總線(xiàn)和PC機相連，安裝驅動(dòng)后使用方法和普通PC機串口一致，波特率可達921.6Kbps。
    在串行通訊中，為了保證傳輸可靠性和數據實(shí)時(shí)性，發(fā)送常采用查詢(xún)方式，接收常采用中斷方式。但在本系統中，TMS320VC33要執行導航解算程序，若4路接收均采用中斷方式會(huì )嚴重影響它的計算能力?？紤]A、B、C口陀螺數據爆發(fā)周期固定為1ms，且D口由PC機發(fā)來(lái)的監控指令數據量不大，接收可采用定時(shí)查詢(xún)方式。
    系統中三個(gè)陀螺通過(guò)1KHz時(shí)鐘實(shí)現同步。陀螺數據每幀包含7個(gè)字節，傳輸波特率460.8Kbps，采用偶校驗，8位數據位，1位停止位，故可以算出每次傳輸時(shí)間需要為(8+3)*7/460.8=0.167ms。所以系統將1KHz時(shí)鐘經(jīng)SN54HC174J芯片延時(shí)0.2ms后作為T(mén)MS320VC33外接的定時(shí)時(shí)鐘。這樣，TMS320VC33在INT0產(chǎn)生1ms中斷時(shí)，數據已傳輸完成，可以在中斷服務(wù)函數中將所有通道的寄存器查詢(xún)一遍并讀空數據。由于ST16C554D的每路串口有16字長(cháng)的接收FIFO，該方法不會(huì )產(chǎn)生數據丟失，并且延遲很小。

程序設計
    在異步串行通訊中，收發(fā)雙方必須事先規定兩件事：一是字符格式，即規定傳送中每個(gè)字符的具體格式；二是波特率。這些規定是通過(guò)設置相關(guān)寄存器來(lái)實(shí)現的。
    本系統中，ST16C554D外接晶振7.3728MHz，基地址為0xC00000，由TMS320VC33編程實(shí)現它的初始化設置。TMS320VC33的程序在Code Composer C3X 下用C語(yǔ)言編寫(xiě)，下面僅給出通道C的初始化代碼及收發(fā)程序，其他通道與此類(lèi)似。
#define C_rx_buf_size 100        //接收緩沖區大小
#define C_tx_buf_size 100        //發(fā)送緩沖區大小
unsigned char C_rx_buf[C_rx_buf_size];     //接收緩沖區
unsigned char C_tx_buf[C_tx_buf_size];     //發(fā)送緩沖區
unsigned int p_C_rx_w=0;         //接收緩沖區寫(xiě)指針
unsigned int p_C_tx_w=0, p_C_tx_r=0;    //發(fā)送緩沖區讀寫(xiě)指針
volatile int *Add_C_RHR = (volatile int *)0xC00010;     //C口基地址
volatile int *Add_C_THR = (volatile int *)0xC00010;
volatile int *Add_C_DLL = (volatile int *)0xC00010;
volatile int *Add_C_IER = (volatile int *)0xC00011;
volatile int *Add_C_DLM = (volatile int *)0xC00011;
volatile int *Add_C_ISR = (volatile int *)0xC00012;
volatile int *Add_C_FCR = (volatile int *)0xC00012;
volatile int *Add_C_LCR = (volatile int *)0xC00013;
volatile int *Add_C_MCR = (volatile int *)0xC00014;
volatile int *Add_C_LSR = (volatile int *)0xC00015;
volatile int *Add_C_MSR = (volatile int *)0xC00016;
void init_ST16C554D_C( )     //串口C口的初始化函數
{    *Add_C_LCR = 0x80;    //使能波特率因子寄存器
    *Add_C_DLM = 0x00;        
     *Add_C_DLL = 0x01;    //設置波特率為460800
                   (主頻7.3728M)
    *Add_C_LCR = 0x1b;    //選擇字長(cháng)為8位，停止位為
                    1位，偶校驗
    *Add_C_FCR = 0x07;    //選擇FIFO MODE
    *Add_C_IER = 0x00;    //禁止中斷
    *Add_C_MCR = 0x08;    //選擇NORMAL MODE
}
void Read_ST16C554D_C( )//串口C口的接收函數，置于INT0中斷函數中
{    while( (*Add_C_LSR) & 0x01 )      //判C口線(xiàn)狀態(tài)寄存器
     {      *( C_rx_buf + p_C_rx_w) = (*Add_C_RHR) & 0x0ff;                        //接收數據送接收緩沖區
           p_C_rx_w ++;        //接收緩沖區指針加1
           if(p_C_rx_w == C_rx_buf_size)    p_C_rx_w = 0;                        //接收緩沖區指針回零
      }
}
void C_tx_handle()        //串口C口的發(fā)送函數
{    while(p_C_tx_r != p_C_tx_w)
    {    if( *Add_C_LSR & 0x20 )    //判C口線(xiàn)狀態(tài)寄存器
        {   *Add_C_THR = *(C_tx_buf + p_C_tx_r);                    //發(fā)送
        p_C_tx_r ++;                                 //發(fā)送緩沖區指針加1
        if( p_C_tx_r == C_tx_buf_size )    p_C_tx_r = 0;                    //發(fā)送緩沖區指針回零
        }
    }
}

結語(yǔ)
在筆者開(kāi)發(fā)的光纖陀螺捷聯(lián)式慣性導航系統中，通過(guò)使用ST16C554D擴展了4路串口，電路簡(jiǎn)單，傳輸速率高，延時(shí)小，并且極大地減輕了主控計算機TMS320VC33的負擔。本設計，在通訊中各通道長(cháng)期工作正常，完全達到了預期目的。

參考文獻：
1.  ST16C554D data manual. EXAR Corporation
2.    TMS320VC33 Digital Signal Processor. Texas Instruments.2002

圖1 多路通訊原理框圖