CN108415874B - 一种基于eim总线的接口扩展设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于EIM总线的接口扩展设备和方法，UART模块的接口接入外部设备，输入设备数据，将设备数据放入接口的数据地址，并在状态寄存器配置外部设备的接口地址；ARM芯片读取接口地址，再通过EIM总线从接口的数据地址读取设备数据；ARM芯片根据设备数据，向参数配置地址配置接口的工作参数数据和接口类型数据；参数控制器读取工作参数数据从而对接口所在的UART模块配置接口的工作参数，并根据接口类型数据选择接口的接口类型。本发明的有益效果是，解决了现有技术可选用波特率少，串口类型功能单一的问题；无需外部再配置独立的接口扩展芯片，即可对接口参数进行配置，实现至少8路UART接口扩展功能并能灵活选择接口类型。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信技术领域，特别是涉及一种基于EIM总线的接口扩展设备和方法。
背景技术
随着科技水平的提高，逐渐产生了航海雷达、电子海图、计程仪、罗经、GPS、AIS等诸多助航设备，信息融合技术对航海事业的发展有了巨大的推动作用，然而诸多的航海设备的集成需要更多的外接串口来实现。现有技术方案实现的串口扩展功能，存在问题有：可选用波特率少，不到8种，速率低，最高只有115200bps；无法满足高波特率串口同时工作，115200bps波特率仅支持个别串口使用；可实现的串口种类固定，如只能固定实现RS232，若改为RS485需返厂。现有专利如：201610460639.7提出了基于FPGA多路UART的扩展模件及扩展方法，仅提供8种波特率，最高只有115200bps，串口种类RS232和RS485位固定模式。现有专利一种基于FPGA芯片的多路串口扩展装置；201711080825.9，一种简易RS232多功能串口扩展装置，串联类型单一，不能满足针对具体设备选择串口功能类型的需求。综上，现有技术还有很大的改造空间，以满足更复杂多样化的使用需求。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于EIM总线的接口扩展设备和方法，无需增加外部扩展芯片，即可实现高速率，操作简单，配置简单，接口种类可灵活选择的多路接口扩展。
一种基于EIM总线的接口扩展设备，包括：ARM芯片和FPGA芯片，所述ARM芯片和所述FPGA芯片之间通过EIM总线连接；所述FPGA芯片上设有EIM总线控制模块、状态寄存器、参数控制器和UART模块，所述UART模块连接所述参数控制器，所述参数控制器、所述状态寄存器和所述UART模块连接所述EIM总线控制模块；所述UART模块，通过其接口输入外部设备数据后，将所述设备数据放入所述接口的数据地址，并在所述状态寄存器配置外部设备的接口地址；所述ARM芯片读取所述接口地址，然后通过所述EIM总线从所述数据地址读取所述设备数据，所述ARM芯片再根据所述设备数据，通过所述EIM总线控制模块向参数配置地址配置所述接口的工作参数数据和接口类型数据；所述参数控制器将所述工作参数数据和所述接口类型数据转变为相应的工作参数和接口类型，再送入所述UART模块以配置所述接口的工作参数和接口类型。
进一步的：所述FPGA芯片上还设有与所述UART模块连接的中断控制器，用于向所述ARM芯片发送中断控制信号，所述ARM芯片接收所述中断控制信号，继而读取所述接口地址，然后通过所述EIM总线从所述接口的数据地址读取所述设备数据。
进一步的：所述接口类型包括RS232和RS485两种类型。
进一步的：所述UART模块数量为8个。
一种基于EIM总线的接口扩展方法，包括以下步骤：
步骤1)UART模块，通过其接口输入外部设备数据后，将所述设备数据放入所述接口的数据地址，并在状态寄存器配置外部设备的接口地址；
步骤2)ARM芯片读取所述接口地址，然后通过EIM总线从所述数据地址读取所述设备数据；
步骤3)所述ARM芯片根据所述设备数据，通过EIM总线控制模块向参数配置地址配置所述接口的工作参数数据和接口类型数据；
步骤4)所述参数控制器将所述工作参数数据和所述接口类型数据转变为相应的工作参数和接口类型，再送入所述UART模块以配置所述接口的工作参数和接口类型。
进一步的，步骤2)包括：a.中断控制器向ARM芯片发送中断控制信号；b.所述ARM芯片接收所述中断控制信号，继而读取所述接口地址，然后通过EIM总线从所述数据地址读取所述设备数据。
进一步的，步骤1)包括：a.UART模块的接口接入外部设备，输入设备数据；b.所述UART模块读取到所述设备数据后，将8bit字节合并为16bit，放入所述接口的数据地址，并在状态寄存器配置外部设备的接口地址。
进一步的：还包括步骤5)所述ARM芯片需要写入数据时，将需要写入的数据16bit经所述EIM总线写入所述FPGA芯片的数据写地址，所述FPGA芯片将所述数据16bit进行拆分为2个8bit字节，送入所述UART模块，输出到外部设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决了现有技术可选用波特率少，串口类型功能单一的问题；无需外部再配置独立的接口扩展芯片，只占用FPGA内部少量资源即可对接口参数进行配置，实现至少8路UART接口扩展功能，速率高、配置简单，接口类型可灵活选择。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于EIM总线的接口扩展设备示意图。
图2为为本发明实施例提供的一种基于EIM总线的接口扩展方法原理图。
图中编号：1、ARM芯片，2、FPGA芯片，3、EIM总线，4、EIM总线控制模块，5、状态寄存器，6、参数控制器，7、UART模块，8、接口，9、中断控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于EIM总线的接口扩展设备，包括：ARM芯片1和FPGA芯片2，ARM芯片1和FPGA芯片2之间通过EIM总线3连接；FPGA芯片2上设有EIM总线控制模块4、状态寄存器5、参数控制器6和UART模块7，UART模块7数量可设置为8个，UART模块7连接参数控制器6，参数控制器6、状态寄存器5和UART模块7连接EIM总线控制模块4；UART模块7的接口8接入外部设备，输入设备数据，并将设备数据放入接口8的数据地址，并在状态寄存器5配置外部设备的接口地址；ARM芯片1读取接口地址，然后通过EIM总线3从接口8的数据地址读取设备数据，优选的实施例中，FPGA芯片2上还设有中断控制器9，用于向ARM芯片1发送中断控制信号，ARM芯片1接收中断控制信号，继而读取接口地址，然后通过EIM总线3从接口8的数据地址读取设备数据；ARM芯片1根据设备数据，通过EIM总线控制模块4向参数配置地址配置接口8的工作参数数据和接口类型数据；参数控制器6将工作参数数据和接口类型数据转变为相应的工作参数和接口类型，再送入所述UART模块7以配置接口8的工作参数和接口类型。优选的实施例中，接口类型包括RS232和RS485两种类型。
如图1和2所示，一种基于EIM总线的接口扩展方法，包括以下步骤：
步骤1)UART模块7的接口8接入外部设备，输入设备数据，并将设备数据放入接口8的数据地址，并在状态寄存器5配置外部设备的接口地址。状态寄存器5存储外部设备的数据传输状态，即，哪个接口有数据传输；
步骤2)ARM芯片1读取接口地址，确认有数据传输的接口8后，通过EIM总线3从有数据传输的接口8的数据地址读取设备数据；
步骤3)设备数据包括设备的参数等，ARM芯片1根据所述设备数据，通过EIM总线控制模块4向参数配置地址配置接口8的工作参数数据和接口类型数据；
步骤4)参数控制器6将工作参数数据和接口类型数据转变为相应的工作参数和接口类型，再送入UART模块7以配置接口8的工作参数和接口类型。即配置波特率、校验位、通道等，接口类型包括RS232、RS485等类型。
优选的实施例中，步骤2)包括：a.中断控制器9向ARM芯片1发送中断控制信号；b.ARM芯片1接收中断控制信号，继而读取接口地址，然后通过EIM总线3从接口8的数据地址读取设备数据。在发生设备数据输入时，通过中断控制器9控制ARM芯片1随时获取有数据传输的接口地址，读取设备数据，再进行下一步工作参数数据和接口类型数据的配置
优选的实施例中，步骤1)包括：a.UART模块7的接口8接入外部设备，输入设备数据；b.UART模块7读取到设备数据后，将8bit字节合并为16bit，放入接口8的数据地址，并在状态寄存器5配置外部设备的接口地址。优选的实施例中，还包括步骤5)所述ARM芯片1需要写入数据时，将需要写入的数据16bit经EIM总线3写入FPGA芯片2的数据写地址，FPGA芯片2将写入的16bit数据进行拆分为2个8bit字节，送入UART模块7，输出到外部设备。
EIM总线3采用32bit模式，FPGA芯片2内部为ARM芯片1读写开辟3块地址，即数据地址、数据写地址、和参数配置地址。以8路接口为例，0x0001～0x0008、0x1001～0x1008、0x2000～0x2008，其中0x0001～0x0008为ARM芯片1对8路接口的参数配置地址，分别对应第1～8路参数配置；地址0x1001～0x1008为数据写地址，即ARM芯片将需要对外部设备输出的数据写入该地址；0x2000地址为状态寄存器，其包含8路接口是否接收到数据的状态；0x2001～0x2008为数据地址，即数据读地址，ARM芯片通过这些地址读取外部设备输入的设备数据。对应的32bit数据定义如表1所示：
表1
本发明技术采用ARM+FPGA平台，FPGA芯片通过与ARM芯片的EIM总线通信，进行串口扩展。现在FPGA芯片已经大量应用于船用导航雷达做高速信号采集、信号处理等功能，本发明只是占用FPGA内部少量资源即可实现至少8路UART接口扩展功能，无需外部再配置独立的串口扩展芯片。ARM根据实际的外部设备参数，通过EIM总线控制FPGA内部状态寄存器，向参数配置地址配置工作参数数据(如波特率等)和接口类型数据，FPGA将接收到的工作参数数据通过参数控制器转变为对应的波特率，并将其送入各UART模块进行配置。从而实现串口的扩展功能，并且控制外部电路选择接口类型，如RS232或RS485，将数据发送到外部接口。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种基于EIM总线的接口扩展设备，其特征在于，包括：ARM芯片和FPGA芯片，所述ARM芯片和所述FPGA芯片之间通过EIM总线连接；所述FPGA芯片上设有EIM总线控制模块、状态寄存器、参数控制器和UART模块，所述UART模块连接所述参数控制器，所述参数控制器、所述状态寄存器和所述UART模块连接所述EIM总线控制模块；所述UART模块，通过其接口输入外部设备数据后，将所述设备数据放入所述接口的数据地址，并在所述状态寄存器配置外部设备的接口地址；所述ARM芯片读取所述接口地址，然后通过所述EIM总线从所述数据地址读取所述设备数据，所述ARM芯片再根据所述设备数据，通过所述EIM总线控制模块向参数配置地址配置所述接口的工作参数数据和接口类型数据；所述参数控制器将所述工作参数数据和所述接口类型数据转变为相应的工作参数和接口类型，再送入所述UART模块以配置所述接口的工作参数和接口类型，所述FPGA芯 片上还设有与所述UART模块连接的中断控制器，用于向所述ARM芯片发送中断控制信号，所 述ARM芯片接收所述中断控制信号，继而读取所述接口地址，然后通过所述EIM总线从所述 接口的数据地址读取所述设备数据，所述接口类 型包括RS232和RS485两种类型。
2.根据权利要求1所述的一种基于EIM总线的接口扩展设备，其特征在于：所述UART模块数量为8个。
3.一种基于EIM总线的接口扩展方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)UART模块，通过其接口输入外部设备数据后，将所述设备数据放入所述接口的数据地址，并在状态寄存器配置外部设备的接口地址；
步骤2)ARM芯片读取所述接口地址，然后通过EIM总线从所述数据地址读取所述设备数据；
步骤3)所述ARM芯片根据所述设备数据，通过EIM总线控制模块向参数配置地址配置所述接口的工作参数数据和接口类型数据；
步骤4)参数控制器将所述工作参数数据和所述接口类型数据转变为相应的工作 参数和接口类型，再送入所述UART模块以配置所述接口的工作参数和接口类型。
4.根据权利要求3所述的一种基于EIM总线的接口扩展方法，其特征在于，步骤2)包括：a.中断控制器向ARM芯片发送中断控制信号；b.所述ARM芯片接收所述中断控制信号，继而读取所述接口地址，然后通过EIM总线从所述数据地址读取所述设备数据。
5.根据权利要求3所述的一种基于EIM总线的接口扩展方法，其特征在于，步骤1)包括：a.UART模块的接口接入外部设备，输入设备数据；b.所述UART模块读取到所述设备数据后，将8bit字节合并为16bit，放入所述接口的数据地址，并在状态寄存器配置外部设备的接口地址。
6.根据权利要求3所述的一种基于EIM总线的接口扩展方法，其特征在于：还包括步骤5)所述ARM芯片需要写入数据时，将需要写入的数据16bit经所述EIM总线写入所述FPGA芯片的数据写地址， FPGA芯片将所述数据16bit进行拆分为2个8bit字节，送入所述UART 模块，输出到外部设备。
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