CN209388294U - 一种嵌入式串口hub - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式串口HUB采用微处理器(STM32)架构，其外设接口主要包括8路可选择的RS232与RS485接口(COM0～COM7)，本实用新型为一种串口HUB，包括微处理器(STM32)、8个芯片内置串口(4个USART+4个UART)组成。串口HUB采用主从架构，由1个主串口和7个从串口组成，其中USART1作为主串口，其它串口均为从串口。主串口通信协议同一制定，而从串口通信协议根据外围设备协议进行设定，由主串口命令进行设置。该串口HUB也可用于RS232和RS485的接口扩展。为了减少串口通信时占用过多的CPU资源，8个串口的数据接收均采用双缓冲DMA方式传输。本实用新型既能保证扩展串口数量，又能满足多串口同时通信的要求。因此可扩展性和适应性强，能满足多种移动机器人嵌入式底层控制需求。

Description

一种嵌入式串口HUB

技术领域

本实用新型涉及移动机器人嵌入式控制技术领域，具体涉及一种嵌入式串口HUB，可用于扩展嵌入式控制器的串口数。

背景技术

移动机器人是机器人领域的研究热点之一，在科研教学、民用运输、服务性行业、军事侦察和空间探测等领域具有广泛的应用前景。随着技术的发展，移动机器人能实现的功能越来越多，因此在机器人本体上装载的功能部件或传感器也越来越多。在实际工作时，机器人控制器需要不断地与诸多外围设备之间进行通信，而串行通讯接口以成本低、协议制定灵活等特点，已成为设备厂商们的优先选择。市面上很多外围设备基本上都集成了串行通信接口，然而现有移动机器人控制器的串口数量都十分有限(只有少数几个)，因此很难匹配更多的外围设备。

为了解决此问题，目前有两种方案：其一，大多是选用其它类型接口设备，如CAN总线、EtherCAT等，但是很多设备可能并不兼容这些接口，而且拥有这些接口的设备价格也颇高；其二，串口集线器方式，采用统一的通信协议，但是不同厂商设备的通信协议可能都不一样，而串口数据接收采用轮询方式，无法满足多串口同时通信情况，因此适应性差，实时性低。

由此可见，现有技术主要具有如下缺点：

1)、市面上机器人控制器的串口数量很少，一般只有1～3个，难以匹配更多的串口外围设备；

2)、采用串口集线器方式，虽然可以拓展串口数量，但是难以适应不同通信的协议的串口设备；

3)、采用轮询方式查看各从串口的数据接收，无法满足多串口同时通信的情况。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型提出一种嵌入式串口HUB，既能保证扩展串口，又能满足多串口同时通信的要求。该嵌入式串口HUB可有效配匹更多的外围设备接口，可扩展性和适应性强，能满足多种移动机器人嵌入式底层控制需求。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种嵌入式串口HUB，包括微处理器和8个芯片内置串口，微处理器分别与8个芯片内置串口连接，8个芯片内置串口由4个USART和4个UART组成；串口HUB的外设接口包括8路可选择的RS232与RS485接口，分别为COM0～COM7，串口HUB的外设接口采用主从架构，由1个主串口和7个从串口组成；主串口由USART1构成，从串口由其它7个串口构成。

进一步地，所述微处理器采用STM32系列。

进一步地，8个芯片内置串口分别包括USART1～USART3和USART6组成的同异步串口，UART4～UART5和UART7～UART8组成的异步串口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：

本实用新型是一款通用的嵌入式串口HUB，既能保证扩展串口数量，又能满足多串口同时通信的要求。该串口HUB可有效配匹更多的外围设备接口，即是各个设备之间的通信协议不相同，因此可扩展性和适应性强，能满足多种移动机器人嵌入式底层控制需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型嵌入式串口HUB的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1所示，本实用新型为一种嵌入式串口HUB，其组成包括微处理器(STM32)、8个芯片内置串口(4个USART+4个UART)组成。串口HUB采用主从架构，由1个主串口和7个从串口组成。主串口通信协议同一制定，而从串口通信协议根据外围设备协议进行设定，由主串口命令进行设置。该串口HUB也可用于RS232和RS485的接口扩展。

其中，微处理器采用意法半导体(ST)公司STM32系列，其芯片最多可拥有8个内置串口，包括4个同异步串口和4个异步串口，而串口HUB里所有串口均采用异步通信方式。

其中，8个芯片内置串口，分别包括USART1～USART3和USART6组成的同异步串口，UART4～UART5和UART7～UART8组成的异步串口。为了减少串口通信时占用过多的CPU资源，8个串口的数据接收均采用双缓冲DMA方式传输。

其中，主从架构是采用1主串口多从串口方式，而主串口2由USART1构成，从串口由其它7个串口构成，为了满足多串口同时通信要求，8个串口均采用双缓冲DMA方式进行数据传输，保证各串口数据接收过程基本上不占用CPU的资源，以便其进行多个串口的调度管理。

其中，主串口通信协议格式为(帧头+设备地址+命令类型+数据长度+数据区域+校验码)。

其中，帧头占用1字节，采用十六进制0x5A；

其中，设备地址占用1字节，取值范围为0～7,0代表主串口，1～7代表从串口；

其中，命令类型占用1字节，主串口命令类型包括：设置主串口波特率，设置从串口波特率，设置从串口帧头，设置从串口命令类型，设置从串口数据长度，设置从串口校验方式(包括和校验、异或校验和CRC16)。

其中，数据长度占用1字节，取值范围为0～8；

其中，数据区域占用0～8个字节，由数据长度决定；

其中，校验码占用1个字节，由校验码前面所有字节进行校验和计算得到。

设置主串口波特率命令号为0xA0，数据长度为1字节，数据区域取值范围0x01～0x03，0x01代表为9600，0x02代表19200,0x03代表115200；设置从串口波特率命令号为0xA1，数据长度为1字节，数据区域取值范围0x01～0x03，0x01代表为9600，0x02代表19200,0x03代表115200；设置从串口帧头命令号为0x01,数据长度为1字节，数据区域取值范围0x01～0xFF；设置从串口数据长度命令号为0x02,数据长度为1字节，数据区域取值范围0x00～0x08，代表从串口数据长度为0至8个字节；设置从串口校验方式命令号为0x03,数据长度为1字节，数据区域取值范围0x01～0x03,0x01代表和校验，0x02代表异或校验，0x03代表CRC16校验。

本实用新型为一款嵌入式串口HUB，基于ARM控制器，采用主从串口架构(即1主口多从口)，主要用于扩展嵌入式控制器的串口数量。主串口接口采用同一通信协议，从串口接口协议根据外围设备协议进行定义，可由上位机软件进行配置或者通过主串口命令进行配置，而多从串口同时通信情况由双缓冲DMA方式进行解决。

本实用新型是一款通用的嵌入式串口HUB，既能保证扩展串口数量，又能满足多串口同时通信的要求。该串口HUB可有效配匹更多的外围设备接口，即是各个设备之间的通信协议不相同，因此可扩展性和适应性强，能满足多种移动机器人嵌入式底层控制需求。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种嵌入式串口HUB，其特征在于，包括微处理器和8个芯片内置串口，微处理器分别与8个芯片内置串口连接，8个芯片内置串口由4个USART和4个UART组成；串口HUB的外设接口包括8路可选择的RS232与RS485接口，分别为COM0～COM7，串口HUB的外设接口采用主从架构，由1个主串口和7个从串口组成；主串口由USART1构成，从串口由其它7个串口构成。

2.根据权利要求1所述的嵌入式串口HUB，其特征在于，所述微处理器采用STM32系列。

3.根据权利要求1所述的嵌入式串口HUB，其特征在于，8个芯片内置串口分别包括USART1～USART3和USART6组成的同异步串口，UART4～UART5和UART7～UART8组成的异步串口。