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VK3X多总线UART在嵌入式手持设备中扩展串口及Linux驱动设计

发布时间:2020-07-21 17:37:42 阅读: 来源:调料粉碎机厂家

摘要: 本文介绍了一种基于VK3X芯片实现嵌入式手持设备扩展串口的设计方案,并给出了嵌Linux下驱动设计的方法和编程参考。 关键字: 嵌入式手持设备VK3XUART串口扩展Linux驱动 随着嵌入式手持设备的功能增强,CPU/DSP需要与更多的功能模块连接,常见的诸如蓝牙模块,GPS模块,GSM模块,红外模块,读卡器模块等大多采用UART与CPU接口,而目前的CPU大多只提供2-3个串口,在设计中往往还需要留一个UART作为调试口,实际只有1-2个UART能用于连接外设模块,因此需要对CPU进行UART串口扩展。 传统的UART芯片因为尺寸,功耗等原因并不能完全满足手持设备的需要。考虑到手持设备对芯片的尺寸,功耗均有较严格的要求,本设计中选用专门为手持设备提供的1.8v低电压VK3X系列QFN封装UART产品作为串口扩展芯片。 3X系列低电压UART器件的功能特点及原理架构介绍: 低电压版的VK3X系列UART支持1.8V-3.3V工作电压,-45℃到+85℃工作温度,每个子通道支持最高1Mbps的传输速率,支持休眠及自动唤醒功能,最低休眠电流仅为90uA。采用QFN24(4x4x0.8mm)和QFN32(5x5x0.8mm)超小封装,完全满足手持设备的设计要求。 VK3X系列UART的原理框图如下VK3X系列内部结构包括主机接口,子通道部分,MODEM控制逻辑,中断控制逻辑几部分。 主机接口为VK3X与CPU/DSP相连的接口,通过M1,MO模式选择信号线,可以分别选择8位并行总线,SPI总线,UART,IIC四种接口模式与主机相连。 MODEM控制逻辑用于与MODEM相连时的状态信号线的监控和控制。 中断控制逻辑用于产生和控制各种内部中断。 时钟发生器为芯片的提供时钟,可以用CLKSEL引线选择从晶振还是外部时钟源获取时钟。 多主机总线接口可以根据实际设计需要选择配置。 2.基于VK3X的嵌入式手持设备扩展串口硬件设计: 2.1UART、IIC总线扩展低速串口设计(手持GPS设备) VK3X的UART主机接口模式创新的实现了将一个标准3线异步串口(UART)扩展成为2~4个通道的串口(UART),为需要扩展串口的嵌入式系统提供了一个最简洁的解决方案,应用于对速度要求不高的现有方案扩展升级多串口的应用中。 IIC总线主机接口模式实现了IIC扩展桥接2-4个通道的UART,适合对串口速度要求不高,MCU的IO有限的应用(如GPS)中。本设计中采用VK302扩展2路低速串口,主接口有IIC和UART两种接口可以选择。嵌入式平台中的DSP/CPU通过IIC或UART总线与VK302相连,扩展出来的二个子串口分别连接低速的GPS模块和触摸屏模块。 2.2SPI总线扩展高速串口设计(GPS智能手机) SPI总线主机接口模式可以通过高速的SPI同步串行口扩展2-4个通道的高速串口UART,广泛应用于带SPI同步串行接口的CPU,DSP扩展高速UART串口设计。 本设计中VK304主机接口工作在最高5Mbps的SPI总线从模式下,扩展出的4个子串口分别连接蓝牙模块(920kbps),红外收发器(115.2kbps),CDMA/GPRS模块(230kbps),GPS模块(9.6kbps)。在设计中,为保证数据传输的可靠性,CDMA/GPRS于VK3X之间应用了硬件流量控制机制,通过RTS1,CTS1来实现硬件流量控制。 2.3SPI/8位并行总线扩展高速串口及IO(智能双模手机) VK3X的8位并行总线接口模式针对嵌入式产品特点,采用了管脚复用设计减少了引脚,并通过精简寄存器结构设计简化软件设计,可以替代16C55X系列产品应用于8位,16位,32位CPU扩展外部串口。用于并口输入的IO也可以复用为GPIO,为系统提供IO扩展功能。适用于同时需要串口扩展和IO扩展的系统中。 在本设计中使用VK3368进行串口扩展和IO扩展。在双模手机设计中,需要同时连接CDMA和GPRS两种无线模块,在CPU与模块之间,除了TX、RX、RTS、CTS之外,还需要连接DTR、DCD等握手信号。DCD信号用于模块是处于数据传送状态还是处于AT命令传送状态,DTR信号用来通知模块传送工作已经结束(挂断)。此处通过VK3368扩展出的GPIO实现握手信号的连接。 3.VK3X系列UART在Linux下的串口驱动设计 目前,Linux以其开放的特性已经广泛的应用到手持设备中,Linux2.6是目前应用较广的版本,在Linux2.6中,采用了新的drivers/serial/serial_core.c基础构架,更易于开发驱动程序,也很方便移植到其它版本的Linux中。下面以基于ARM9(S3C2440)的Linux(2.6内核)平台为例,介绍采用SPI总线接口的VK3X的串口驱动设计示例: VK3X驱动中包含的头文件: #includelinux/config.h> #includelinux/module.h> #includelinux/kernel.h> #includelinux/init.h> #includelinux/slab.h> #includelinux/console.h> #includelinux/serial_core.h> #includeasm/irq.h> #includeasm/hardware.h> #include"serial_vk32xx.h" 初始化SPI函数: inlinevoidsetup_spi(void) { SPCON0=SPCON_MSTR|SPCON_ENSCK; SPPRE0=0x04;//setbandrate write_gpio_bit(VK32_CS,1); } SPI发送函数: uint8_tspi_send_byte(uint8_tdat) { write_gpio_bit(VK32_CS,0); SPTDAT0=dat; while(!(SPSTA0SPSTA_READY)); write_gpio_bit(VK32_CS,1); returnSPRDAT0; } 写VK3X寄存器函数: voidvk3xxx_write_reg(uint8_tport,uint8_treg,uint8_tdat) { spi_send_byte(0x80|((port-1)5)|(reg1)); spi_send_byte(dat); } 读VK3X寄存器函数: uint8_tvk3xxx_read_reg(uint8_tport,uint8_treg) { spi_send_byte(((port-1)5)+(reg1)); returnspi_send_byte(0x00); } 初始化VK3X函数: staticintvk32xx_startup(structuart_port*port,structuart_info*info) 接收数据函数 staticvoid vk32xx_rx_chars(structuart_info*info,structpt_regs*regs) { uint8_tssr; structtty_struct*tty=info->tty; unsignedintch,flg,ignored=0; structuart_port*port=info->port; …… } 发送数据函数 staticvoidvk32xx_tx_chars(structuart_info*info) { structuart_port*port=info->port; uint8_tssr; …… } VK3X中断处理函数 staticvoidvk32xx_int(intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs) 改变VK3X通信速度函数 staticvoidvk32xx_change_speed(structuart_port*port,u_intcflag,u_intiflag,u_intquot) 数据收发相关函数: staticvoidvk32xx_stop_tx(structuart_port*port,u_intfrom_tty) staticvoidvk32xx_start_tx(structuart_port*port,u_intnonempty,u_intfrom_tty) staticvoidvk32xx_stop_rx(structuart_port*port) 控制相关函数: staticintvk32xx_startup(structuart_port*port,structuart_info*info) staticvoidvk32xx_shutdown(structuart_port*port,structuart_info*info) staticvoidvk32xx_change_speed(structuart_port*port,u_intcflag,u_intiflag,u_intquot) 子通道操作相关函数: staticvoidvk32xx_config_port(structuart_port*port,intflags) staticintvk32xx_verify_port(structuart_port*port,structserial_struct*ser) staticvoidvk32xx_init_ports(void) 驱动的接口结构如下: staticstructuart_opsvk32xx_pops={ tx_empty:vk32xx_tx_empty, set_mctrl:vk32xx_set_mctrl, get_mctrl:vk32xx_get_mctrl, stop_tx:vk32xx_stop_tx, start_tx:vk32xx_start_tx, stop_rx:vk32xx_stop_rx, enable_ms:vk32xx_enable_ms, break_ctl:vk32xx_break_ctl, startup:vk32xx_startup, shutdown:vk32xx_shutdown, change_speed:vk32xx_change_speed, type:vk32xx_type, release_port:vk32xx_release_port, request_port:vk32xx_request_port, config_port:vk32xx_config_port, verify_port:vk32xx_verify_port, }; 结束语 嵌入式手持设备需要越来越多的串口外设,在CPU自带的UART串口通道不够的情况下,需要进行串口扩展。针对嵌入式手持设备要求芯片小尺寸,低功耗,低电压的需求,选用低电压版本的VK3X进行串口扩展设计。在硬件设计上,根据不同应用,可以选用本文提供的低速串口扩展,高速串口扩展、高速串口及IO扩展等不同的参考设计方案。在驱动软件方面,可以参考本文提供的Linux驱动设计参考进行驱动设计。 参考文献:VK3X系列产品数据手册>驱动编程参考>"byGregKroah-Hartman, linux操作系统文章专题:linux操作系统详解(linux不再难懂)

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