ARM7串口9位方式多機通信的編程技術

　　1 主從式多機通信

　　所謂主從式多機系統，即在數個ARM(或單片機)中，有一個是主機，其余的為從機。從機要服從主機的調度、支配，其拓撲結構如圖1所示。

　　主機信息可以發到各個從機，從機發送的信息只能被主機接收，從機之間不進行通信。

　　51單片機串口不同尋常的特征是包括第9位方式(在串口模式2和模式3下)。它允許把在串行口通信增加的第9位用于標志特殊字節的接收。一般約定第9位為高時表示該字節為地址字節，第9位為低時為數據字節。第9位方式允許接收單片機信息，僅當字節具有一個第9位時才能被中斷。用這種方式，主機首先廣播1字節，并讓其第9位為高，同時收到該字節的各個從機，只有地址相符的打開，以接收后面的數據字節。所接續的數據字節(第9位為低)不能引起其他從機中斷，因為未送它們的地址。

　　51單片機用9位方式多機通信時，串口模式必須在方式2或方式3。

　　其實現多機通信的原理和工作過程如下：作主機的8051的SM2應設定為O，作從機的sM2設定為1。主機發送并被從機接收的信息有兩類：一類是地址，用于指示需要和主機通信的從機地址，由串行數據第9位為“1”來標志；另一類是數據，由串行數據第9位為“0”來標志。由于所有從機的SM2=1，故每個從機總能在R1=O收到主機發來的地址(因為串行數據的第9位為“l”)，并進入各自的中斷服務程序。在中斷服務程序中，每臺從機把接收到的從機地址和它的本機地址(系統設計時所分配)進行比較。所有比較不相等的從機均從各自的中斷服務程序中退出(SM2仍為1)，只有比較成功的從機才足被主機尋址通信的從機。被尋址的從機在程序中使SM2=0，以便接收隨之而來的數據或命令(RB8=0)。上述過程進一步歸結如下：

　　①主機的SM2為O，所有從機的SM2=1，以便接收主機發來的地址。

　　②主機給從機發送地址時，第9數據位應設置l，以指示從機接收這個地址。

　　③所有從機在SM2=1、RB8=1和RI=O時，接收主機發來的從機地址，進入相應中斷服務程序，并與本機地址相比較，以便確認是否為被尋址從機。

　　④被尋址從機通過指令清除SM2，以便正常接收數據，并向主機發回接收到的從機地址，供主機核對。未被尋址的從機保持SM2=1，并退出各自中斷服務程序。

　　⑤完成主機和被尋址之間的數據通信，被尋址從機在通信完成后重新使SM2=l，并退出中斷服務程序，等待下次通信。

　　從以上8051實現9位方式多機通信的過程可見，關鍵問題在于：

　　①發送端(主機)如何發送第9位，并且可編程設置1或O；

　　②接收端(從機)如何接收到這第9位，并判斷出是l還是0。

　　以上問題，8051串口可通過控制寄存器SCON中的TB8、RB8和SM2位的設置和讀取輕松解決，但在ARM中并沒有與805l類似功能的寄存器。那么ARM7多機系統怎樣實現如上9位方式多機通信呢?下面通過分析ARM串口(以UART0為例)的內部結構和相關寄存器，給出一個有效的解決方案。

　　2 ARM7串口UART0內部結構

　　使用ARM7串口UARTO之前須設置5個寄存器，即中斷使能寄存器UOIER、UARTO格式控制寄存器UOLCR、FIFO控制寄存器UOFCR和波特率設置寄存器UODLM和UODLL。發送過程是：CPU內核通過VPB接口對UARTO的寄存器進行讀寫訪問，數據首先進入發送緩存UOTHR，經發送移位寄存器UOTSR逐位移出，經TxDO引腳輸出。接收過程是：數據經RxDO，先進入接收移位寄存器UORSR，經接收緩存U0RBR，通過VPB與CPU內核相連。特別注意的是，通信過程中ARM7串口中的中斷標志寄存器U0IIR和UART0狀態寄存器UOLSR的各位將隨著通信收發而自動受到影響，也就是說這兩個寄存器記錄了數據通信過程的狀態信息，這些信息很有用。

　　UOIIR寄存器的描述如表1所列。

　　UOIIR提供狀態代碼，用于指示一個掛起中斷的中斷源和優先級。在訪問UOIIR的過程中，中斷被凍結。如果在訪問UOIIR時產生了中斷，該中斷將被記錄，在下次訪問UOIIR時可以讀出，避免了中斷的丟失。

　　UOLSR寄存器描述如下：

　　RDR：接收數據就緒。判斷該位是否置1，決定能否從FIF0中讀取數據。

　　0——UORBR為空。

　　l——UORBR中包含有效數據。從接收FIFO中讀走所有數據后，恢復為O。

　　0E：溢出錯誤標志。當U0RBR寄存器中已經有新的字符就緒，而接收FIF0已滿時，該位置位。

　　0——接收緩存區沒有溢出。

　　1——接收緩存區發生溢出錯誤。

　　PE：奇偶校驗錯誤。在使能奇偶校驗位之后，對所有接收的數據都進行奇偶校驗，如果與UOLCR中的設置不符，將引起奇偶校驗錯誤。

　　O——沒有發生奇偶校驗錯誤。

　　1——發生奇偶校驗錯誤。讀操作使該位恢復為O。

　　FE：幀錯誤標志。當接收字符的停止位為O時，產生幀錯誤。

　　O——沒有發生幀錯誤。

　　1——發生幀錯誤。讀取該位時恢復為O。

　　BI：間隔中斷標志。在發送數據時，如果RXDO引腳保持低電平，將產生間隔中斷。發生間隔中斷后，接收模塊停止數據接收。

　　O——沒有發生間隔中斷。

　　1——發生間隔中斷。

　　THRE：反映UOTHR是否為空，也可以認為發送FIFO是否為空。

　　O——不為空。

　　1——空。對UOTHR進行寫操作，使該位恢復為O。

　　TEMT：當發送移位寄存器和UOTHR均為空時，該位置位。

　　0——不為空。

　　1——空。對UOTHR進行寫操作，使該位恢復為0。

　　RXFE：如果一個帶有接收錯誤(如幀錯誤、奇偶錯誤或間隔中斷)的字符裝入UORBR時，該位置位。

　　O——UORBR中沒有接收錯誤，或UOFCR[O]為0。

　　1——UORBR中包含至少一個UARTO Rx錯誤。

　　另外，還有兩個很重要的寄存器：一個是前面提到的格式控制寄存器UOLCR，另一個是FIFO控制寄存器UOFCR。

　　UOLCR寄存器的描述如下：

　　其中第3位和第4、5位十分重要。

　　奇偶使能：控制是否進行奇偶校驗。如果使能，發送時將添加一位校驗位。

　　O——禁止奇偶產生和校驗。

　　1——使能奇偶產生和校驗。

　　奇偶選擇：設置奇偶校驗類型。

　　OO——奇數(數據位+校驗位=奇數)。

　　01——偶數(數據位+校驗位=偶數)。

　　10——校驗位強制為1。

　　11——校驗位強制為O。

　　U0FCR寄存器的描述如下：

　　這里面注意第6、7位。

　　Rx觸發點設置：通過設置這兩位可以調整接收FIF0中觸發RDA中斷的有效字節數量。

　　00——觸發點O(1字節)。

　　01——觸發點1(4字節)。

　　10——觸發點2(8字節)。

　　11——觸發點3(14字節)。

　　3 9位方式多機通信編程實現

　　上面已說明，9位方式多機通信的關鍵是第9位的編程發送和第9位的接收和判斷。

　　對于發送端，利用UOLCR寄存器的設置便能實現第9位的編程發送。

　　UOLCR=0x2B； ／／帶奇偶校驗，強制為l

　　UOLCR=Ox3B； ／／帶奇偶校驗，強制為O

　　通過以上設置，只要編程發送1字節，ARM就自動將第9位按程序設置的0或1發送出去。

　　難點在于接收端，即接收端把接收到的第9位放到哪了，程序員又如何知道這第9位是0還是1。

　　其實，ARM并不像51單片機那樣把接收到的第9位數據自動裝入SCON的RB8。實際上，ARM并沒有這樣的寄存器SCON，也沒有RB8位。要實現判斷第9位為1或0，只能利用ARM串口通信的奇偶校驗功能!

　　具體思路如下：

　　①設置奇偶校驗使能；

　　②編程讀取UOLSR寄存器的PE位(具體含義見UOLSR寄存器的描述部分)；

　　③編程判斷收到的l字節中有多少個“1”，并設置一標志PP；

　　④將上述標志與PE位比較處理；

　　⑤比較的結果就正確表示了第9位是“O”，還是“1”。

　　按照以上思路，可有效實現第9位的判斷。下面給出相應的程序代碼：

　　上述程序中變量u9就是得到的第9位標志：

　　當u9=OxFF時，說明第9位為1；

　　當u9=OxFE時，說明第9位為O。

　　還需注意的是，接收端奇偶校驗設置成偶校驗還是奇校驗，要根據后面程序中標志pp的設置而定。

　　4 總 結

　　本設計方案巧妙地應用ARM串口通信奇偶校驗功能，實現了9位方式的多機通信，并在相關課題中成功應用，而且保證了通信的可靠性。