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VxWorks嵌入式系统中的多串口卡通信的实现

更新时间:2019-06-13

  是美国Wind River公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS),良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境,使其在嵌入式实时操作系统领域居于领先地位,广泛应用于现代的各种嵌入式计算机系统中,比如军事指挥系统、武器控制系统或工业控制系统中。而在这些系统中,往往不是单个计算机的控制,而是多个计算机以及其他设备组成通信网络共同完成控制作用,因此,对于每一个嵌入式计算机除了连接必需的外设之外,还需要考虑计算机之间的通信。计算机间常用的通信方式是利用串行口来实现的。本文在虚拟设备ttyDrv驱动方式,而是在用户的驱动程序中直接对硬件进行初始化,以中断方式进行串口通信。

  其他硬件与本文关系不大,这里主要介绍串口卡,该卡是DIAMOND SYSTEM公司生产的EMERALD-MM-8型8串口扩展卡(以下简称EMM8),是基于2片ST16C554芯片的8串口集成板卡,每一路串口均可单独配置成符合RS-232C/RS-422A/RS-485协议规范,最高速率可达115.2 kb/s。通用异步收发器(UART)ST16C554用来扩展4路串口通道。每路通道各有一组16 B的收发FIFO和移位寄存器,用来缓冲数据和串并转换。每个通道有12个8 b内部寄存器,用来存放收发数据以及配置该串口的工作模式,需要在初始化时对各寄存器进行设置。本文根据工程的要求,将卡上的硬件跳线设好,如:各串口使用RS-232C协议,按照datasheet进行硬件跳线所示。

  2、3、4…15为该卡可用的中断号,要使用哪个中断就必须将其跳为in。本项目由于中断资源不足,只能用一个中断号即7号中断,因此只将7设为in。

  另外,EMM8在系统启动时会从板上的EEPROM 中读取各个端口的基本配置信息,主要是端口映射地址及分配的中断号,这些信息可以在启动后编程修改,但一般是固定的,因此只要在EEPROM 中配置一次并保存即可。

  图3中最底层就是要编写的驱动程序。在这里主要完成对具体硬件的各种操作,以及与上层的接口。硬件驱动层上面是ttyDrv和tyLib。这一层比较特殊,是Vxworks专门为串口设备准备的一个虚拟驱动库,它把跟具体硬件无关的操作集成在了这一层中。这样用户只编写与硬件有关的驱动和跟这一层的接口函数即可。从总的结构讲,这2层都属于设备驱动的范畴。再上一层是I/O系统层,Vxworks的I/O系统向上提供了7个基本的I/O接口,供应用程序调用;向下提供与各种设备驱动程序的接口。I/O系统把应用程序跟驱动程序有机地连接起来。最顶层就是用户根据应用需要编写的应用程序。ttyDrv是一个虚拟设备驱动,用于处理I/O系统与底层实际设备驱动程序(可以是用户设计的驱动程序)之间的通信。使用ttyDrv控制串口是比较常见的串口驱动实现方式,实际上,直接对硬件进行初始化,以中断方式进行串口通信也是可行的方式,且更加靠近底层,可以更自由、高效的控制串口。

  在实际的工程应用中,需要8个串口共同使用一个中断(中断资源不足),实现8串口的全双工同时收发。难点在于使用同一个中断且不能丢数据,对于驱动使用同中断问题,关键是接收数据的中断服务程序ISR。经过探索,不论是否使用单中断,读EMM8卡上I/O Register Map表中的一个中断状态寄存器(interrupt status register),可以指出当时是哪一个串口收到数据,读出该串口的数据即可。但是这种实现方法经过测试在接收时丢数据。后经研究发现,中断状态寄存器并不一定在某一个时刻只有一个端口位发生跳转。即CPU 收到中断后,有可能是几个串口“同时”收到数据,这是因为中断控制器将同一个CPU中断分给了不同的串口。从CPU端看来只有一个中断,但从各串口来讲,这个中断有可能是几个串口“同时”产生的。因此要对中断状态寄存器进行轮询,由发生跳转的串口位接收该串口的数据。修改后,经过编写用例测试,可以稳定地使用单中断接收数据且不影响数据的发送。

  首先是各串口的功能测试,使用“串口调试助手”软件工具通过PC机与各目标机串口通信,收发数据,然后通过屏幕显示得到的数据,对比规定的预期结果,检测数据收发是否正确。经多次验证,工作稳定,白小姐中特网,通信正确。

  综合测试:使用2台PC104分别安装STV2050CPU模块和EMM8多串口模块各1块,2台PC通过网口(交换机)连接2台PC104,2个EMM8通过8根RS-232双头串口线台PC通过网口使用tornado的shell工具下载启动程序。2台PC104分别称为1主机和2主机。测试方法是:1主机同时发送8串口的数据,2主机8串口接收并转发回1主机。1主机接收返回的数据,判断是否通信错误。经检验正确通信300000次无错,多次验证。完成对EMM8多串口通讯模块全双工收发的测试。

  经过以上测试,表明本文所述的多串口卡通信实现方法有效,所开发模块稳定可靠。

  本文介绍了VxWorks嵌入式系统中的多串口卡通信的实现过程,因篇幅有限,不能列出详尽代码。本文以EMM8为例,采用驱动直接访问硬件的方法,较为简洁、高效地解决了单中断多串口全双工通信的问题,满足了项目需求,并经过了测试和验收。为日后类似问题的解决提供了一些参考和经验。