CN101136735A - 使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统及通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统，包括通用异步收发报机和半双工驱动芯片，还包括带有定时器的CPU，该CPU通过所述通用异步收发报机的TX发送消息给半双工驱动芯片，该CPU向半双工驱动芯片发送TX enable信号，使能半双工驱动芯片发送数据到总线；在所述通用异步收发报机的发送缓存的空中断(empty中断)产生时，使能定时器，定时器延时后产生中断；在中断里关闭所述定时器，并关掉TXenable信号，使能RX enable信号，释放总线。本发明还公开了一种使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法。本发明可以保证在数据刚刚发完时就能释放485总线，提高了使用UART进行通信的嵌入式通信设备间的通信效率。

Description

使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统及通信方法
技术领域
本发明涉及一种UART(通用异步收发报机)的通信技术，具体说，涉及一种使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统及通信方法。
背景技术
在半双工通信设备中，UART与通讯对象之间的通信是通过半双工485驱动芯片进行的，通讯对象在平时是处在“listen”(侦听)状态，当CPU(中央处理器)需要发送消息给通讯对象时，CPU通常通过设置TX enable(发送使能)信号，使能UART向半双工485驱动芯片的数据发送，然后CPU才能通过UART发送消息给通讯对象，通讯对象收到消息后根据相应的协议给出应答。
然而，由于通信速率的高低，通讯对象从收到消息到给出应答可能快也可能很慢，导致目前对于这段时间的处理是延时固定长的时间，才释放485总线，保证通信速率很低的情况下，也能在发送完应答消息后释放总线，但在通信速率较高的情况下，总线必定有段空闲，使用同一总线的其他通信对象一直在等待获取总线资源，这样做极大地浪费了485通信资源和CPU资源，加重了CPU的工作负荷，降低了CPU的处理能力，降低了485带宽利用率。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统，提高了使用UART进行通信的嵌入式通信设备间的通信效率和485带宽利用率，减轻了CPU工作负荷，进而提高了CPU处理能力。
技术方案如下：
使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统包括通用异步收发报机和半双工驱动芯片，还包括：带有定时器的CPU，所述CPU通过所述通用异步收发报机的TX发送消息给半双工驱动芯片，所述CPU向半双工驱动芯片发送TX使能信号，使能半双工驱动芯片发送数据到总线；在所述通用异步收发报机的发送缓存为空时，empty中断产生；所述empty中断产生时，使能所述定时器，所述定时器延时后产生中断；在所述中断里关闭所述定时器，并关掉TX enable信号，使能RX enable信号，释放总线。
优选的，还包括控制信号器件，所述控制信号器件接受CPU的指令，发出TX enable信号或者RX enable信号。
优选的，所述控制信号器件为EPLD寄存器或者FPGA器件。
优选的，所述通用异步收发报机设置有发送缓存和移位寄存器，所述通用异步收发报机的发送是由所述发送缓存和移位寄存器来完成，所述发送缓存发送数据给所述移位寄存器，再由所述移位寄存器将数据发出去。
优选的，所述定时器延时的时间长度根据通信波特率确定。
优选的，通用异步收发报机选用TL16C554芯片，所述半双工驱动芯片为选用MAX3485E芯片。
本发明所解决的另外一个技术问题是提供一种使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法，提高了使用UART进行通信的嵌入式通信设备间的通信效率和485带宽利用率，减轻了CPU工作负荷，进而提高了CPU处理能力。
技术方案如下：
使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法，包括如下步骤：
(1)CPU获得总线使能权；
(2)CPU使能TX enable信号；
(3)CPU开始发送数据到UART的发送缓存中，UART向半双工485驱动器发送数据，半双工485驱动器向通讯对象发送数据；
(4)判断UART的发送缓存是否为空，不为空则继续发送数据，为空则产生发送缓存的empty中断；
(5)当UART的发送缓存的empty中断产生时，使能CPU定时器；
(6)获取当前UART的波特率，计算定时器延时时间；
(7)定时器延时后，产生中断；
(8)在中断产生时关闭定时器，关闭TX enable信号，使能RX enable信号，半双工485驱动器接收通讯对象的数据，并向UART发送数据；
(9)CPU释放485总线使能权。
进一步，所述UART芯片为TL16C554，所述半双工485驱动芯片为MAX3485E。
进一步，步骤(6)中，所述定时器延时的时间长度根据通信波特率确定。
进一步，步骤(6)中，定时器延时的时间为1字节发送需要的时间，定时器延时的时间的计算公式为F＝10/E，其中，E为获取的当前UART的波特率。
采用本发明的技术方案可以保证在数据刚刚发完时就能释放485总线，充分采用定时器及UART的send bufempty中断资源，定时器延时的时长根据不同的通信波特率而不同，通信波特率高的延时短，通信波特率低的延时长，大大地提高了使用UART进行通信的嵌入式通信设备间的通信效率，节省了485通信资源，提高了485带宽利用率，减轻了CPU的工作负荷，提高了CPU的处理能力。
经过实际测试证明，采用本发明的技术方案大大地提高了使用UART的嵌入式串口通信设备间的通信效率，能够降低CPU的损耗达30％以上，提高485带宽利用率三倍以上。本发明的技术方案简单、实用，伴随着各种各样的嵌入式实时串口通信设备在不同领域地广泛应用。
附图说明
图1是使用UART的半双工通信系统的结构示意图；
图2是UART器件的结构原理图；
图3是使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法的流程图；
图4是优选实施例中通信单板的半双工通信系统的结构示意图；
图5是优选实施例中使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，通信方A与半双工通讯对象B进行通信，通信方A由带有定时器的CPU、通用异步收发报机(UART)、EPLD寄存器、半双工485驱动芯片组成。其中，EPLD寄存器或者FPGA器件为控制信号器件，EPLD寄存器是可选的，如果没有EPLD时，可以利用CPU本身的信号资源。当然，EPLD寄存器也可以由FPGA等其他可以给出控制信号的器件所替代。
通信方A与B之间通过485总线进行通信。
通讯对象B在平时处理侦听状态，当发送方A需要发送消息给B时，CPU通过UART的TX发送消息给485驱动芯片，通过硬件逻辑EPLD设置TX enable信号，使能半双工485驱动芯片的发送总线，然后发送的数据才能真正通过485发送总线发送给B。
当发送方A发送完消息时，需要接收来自通讯对象B的应答，CPU通过硬件逻辑EPLD设置RX enable信号，使能半双工485驱动芯片的接收总线，然后B发送给A的消息才能真正通过485驱动芯片的接收总线接收，通过UART的RX接收消息给CPU。
在UART的send bufempty中断产生时，使能一个定时器，该定时器延时1字节发送需要的时间后产生一个中断，因此该中断发生时，UART的移位寄存器里的数据刚好完全发送到了TX上，在该中断里关闭该定时器，并关掉TX enable信号，使能RX enable信号，释放485总线。CPU可以获取当前UART的波特率，将1字节占用的发送比特数10(起始位+1字节+停止位)除以此波特率就是定时器延时1字节发送需要的时间。
如图2所示，本发明利用装置中可用资源有定时器和UART的发送缓存的空(send buf empty)中断。UART的发送是由send buf(发送缓存)和移位寄存器来完成的，send buf发送数据给移位寄存器，然后再由移位寄存器将数据依次发出去。从这个工作原理可以看出，当send buf的empty中断发生时，其发送移位寄存器里尚有一个字节的数据没有发送到TX上。
如图3所示，使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法具体如下：
步骤S301：CPU获得485总线使能权。
步骤S302：CPU使能TX enable信号。
步骤S303：CPU开始发送数据到UART的缓存send buf中，UART向半双工485驱动器发送数据，半双工485驱动器向通讯对象B发送数据。
步骤S304：判断UART的send buf是否为空。
当send buf不为空时，执行步骤S302，继续向通讯对象B发送数据；当send buf为空时，执行步骤S305，产生send bufempty中断。
步骤S305：UART产生send bufempty中断C。
步骤S306：在UART的send buf empty中断C产生时，使能一个CPU定时器D。
步骤S307：获取当前UART的波特率E，计算1字节发送需要的时间F＝10/E。
步骤S308：定时器D延时1字节发送需要的时间F后，产生一个中断G。
步骤S309：在中断G产生时关闭定时器D，并关掉TX enable信号，使能RX enable信号，半双工485驱动器接收通讯对象的数据，并向UART发送数据。
步骤S310：CPU释放485总线使能权。
采用上述方法可以保证在数据刚刚发完时就能释放485总线。
本发明的技术方案充分利用了定时器及UART的send bufempty中断资源，定时器延时的时长根据不同的通信波特率而不同，通信波特率高的延时短，通信波特率低的延时长，极大地提高了485通信资源的利用率，并且降低了CPU的损耗，提高了CPU的处理能力。
如图4所示，某移动通讯基站中，该通信单板主要由带有定时器的CPU、EPLD寄存器、UART芯片和半双工485驱动芯片构成，其中UART芯片为TL16C554(TI公司生产的一种通用异步收发芯片)，有4个通道，因此半双工485驱动芯片需要使用4片MAX3485E(Dallas公司生产的半双工485驱动芯)。EPLD寄存器是可选的，如果没有EPLD时，可以利用CPU本身的信号资源。
当通信单板需要发送消息给某通道上的目标单板时，CPU通过TL16C554对应通道上的TX发送消息给MAX3485E，通过硬件逻辑EPLD设置对应的TX enable信号，使能对应的MAX3485E的TX总线，然后发送的数据才能真正通过MAX3485E的TX总线发送给B。
如附图5所示，该单板使用TL16C554的半双工通信步骤如下：
步骤S501：CPU获得TL16C554通道H的MAX3485E 485总线使能权。
步骤S502：CPU使能通道H的TX enable信号。
步骤S503：CPU开始向TL16C554通道H发送缓存发送数据，TL16C554向通道H的MAX3485E发数据，MAX3485E向目标单板发数据。
步骤S504：判断TL16C554通道H的send buf是否为空。
send buf不为空时，执行步骤S503，继续发送数据；send buf为空时，执行步骤S505，产生sendbufempty中断。
步骤S505：TL16C554通道H产生send bufempty中断。
步骤S506：在TL16C554通道H的send bufempty中断I产生时，使能一个CPU定时器J。
步骤S507：获取当前TL16C554通道H的波特率K，计算1字节发送需要的时间L＝10/K。
步骤S508：定时器J延时1字节发送需要的时间L后，产生一个中断M。
步骤S509：在中断M产生时，关闭定时器J，并关闭TX enable信号，使能RX enable信号，通道H的MAX3485E接收目标单板的数据，并向TL16C554通道H发送数据。
步骤S510：CPU释放TL16C554通道H的MAX3485E 485总线使能权。
经过实际测试证明，采用本发明的技术方案，大大地提高了使用UART的嵌入式串口通信设备间的通信效率，能够降低CPU的损耗达30％以上，提高485带宽利用率三倍以上，从而广泛应用在各种各样的嵌入式实时串口通信设备中。

Claims (10)

1.一种使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统，包括通用异步收发报机和半双工驱动芯片，其特征在于，还包括：带有定时器的CPU，所述CPU通过所述通用异步收发报机的TX发送消息给半双工驱动芯片，所述CPU向半双工驱动芯片发送TX使能信号，使能半双工驱动芯片发送数据到总线；在所述通用异步收发报机的发送缓存为空时，empty中断产生；所述empty中断产生时，使能所述定时器，所述定时器延时后产生中断；在所述中断里关闭所述定时器，并关掉TX enable信号，使能RX enable信号，释放总线。
2.根据权利要求1所述的使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统，其特征在于，还包括控制信号器件，所述控制信号器件接受CPU的指令，发出TX enable信号或者RX enable信号。
3.根据权利要求2所述的使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统，其特征在于，所述控制信号器件为EPLD寄存器或者FPGA器件。
4.根据权利要求1所述的使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统，其特征在于，所述通用异步收发报机设置有发送缓存和移位寄存器，所述通用异步收发报机的发送是由所述发送缓存和移位寄存器来完成，所述发送缓存发送数据给所述移位寄存器，再由所述移位寄存器将数据发出去。
5.根据权利要求1所述的使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统，其特征在于，所述定时器延时的时间长度根据通信波特率确定。
6.根据权利要求1所述的使用通用异步收发报机的半双工串口通信系统，其特征在于，通用异步收发报机选用TL16C554芯片，所述半双工驱动芯片为选用MAX3485E芯片。
7.一种使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法，包括如下步骤：
(1)CPU获得总线使能权；
(2)CPU使能TX enable信号；
(3)CPU开始发送数据到UART的发送缓存中，UART向半双工485驱动器发送数据，半双工485驱动器向通讯对象发送数据；
(4)判断UART的发送缓存是否为空，不为空则继续发送数据，为空则产生发送缓存的empty中断；
(5)当UART的发送缓存的empty中断产生时，使能CPU定时器；
(6)获取当前UART的波特率，计算定时器延时时间；
(7)定时器延时后，产生中断；
(8)在中断产生时关闭定时器，关闭TX enable信号，使能RX enable信号，半双工485驱动器接收通讯对象的数据，并向UART发送数据；
(9)CPU释放485总线使能权。
8.根据权利要求7所述的使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法，其特征在于，所述UART芯片为TL16C554，所述半双工485驱动芯片为MAX3485E。
9.根据权利要求7所述的使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法，其特征在于，步骤(6)中，所述定时器延时的时间长度根据通信波特率确定。
10.根据权利要求9所述的使用通用异步收发报机的半双工串口通信方法，其特征在于，步骤(6)中，定时器延时的时间为1字节发送需要的时间，定时器延时的时间的计算公式为F＝10/E，其中，E为获取的当前UART的波特率。
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