DSP与PC间高速串口通信的实现

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北京理工大学电子工程系信息系统实验室王卫江陶然徐元军

摘要： 利用UART解决DSP与PC机间通信时速率匹配问题，并给出了具体实现电路。

关键词： DSP UART 串行通信 FIFO

Abstract：

Key words :

    DSP是一种专门用来实现信号处理算法的微处理器芯片，主要优点有：硬件乘法器，哈佛总线结构，多种寻址方式，零耗循环（zero overhead loop），程序执行时间可预测等。

    正是由于DSP的诸多优点能够满足密集的数学计算，而且DSP应用的另一个突出特点是实时性，使其在通信、雷达、数字电视等领域得到了广泛的应用，而且日益渗透到人们的日常生活的各个方面。

    在实时信号处理中已经离不开DSP，这些处理系统中包含了各种数据通信，例如DSP与DSP间数据通信，DSP与PC机间数据通信等。如何能够快速、准确的完成通信是每个硬件工程师所关心的问题。由于DSP的工作频率较高，如TMS320C6201时钟频率为200MHz，ADSP21060时钟频率为40MHz，故其数据读写周期很短，然而PC机串口读写速度较低，最大数据吞吐量约为115kbps，尽管DSP在与这些慢速外设进行数据交换时可以加入额外的等待周期，但是在实时性要求苛刻，算法复杂的场合，将DSP从这些冗长的等待周期中解放出来，将其时间重点放在处理关键的实时任务中去，有着重要的实际意义。故DSP与PC机之间串口通信的速度匹配是保证快速、准确通信的关键。

    PC机一般带有一个或两个内置串口，每个端口的机箱背后有一个9针或25针的公插口。串口是以bit来传输数据的，传输速率取决于UART芯片。该芯片将PC总线上的并行数据(单字节或多字节）分割成以比特为单位的串行数据流，从而实现在串口线缆中的数据传输。

    现在几乎所有的PC机都带有16550UART用以实现并行数据和串行数据的格式转换，它的最大数据吞吐量为115kbps，这已经能够满足大多数串行设备的需要了。

    PC16550是国家半导体公司生产的通用异步接收/发送器（UART)芯片，它不仅能把从CPU接收的数据进行并-串转换，还能够把从外围设备或MODEM接收到的数据进行串-并转换。

    该UART包括一个可编程的波特率产生器，可将输入的时钟信号进行分频，并可产生16倍的时钟来驱动内部的传输逻辑单元。同时它内部集成了中断逻辑，另外通过对其内部的寄存器的设置可以完成相应功能，这些寄存器主要有：线路控制寄存器、FIFO控制寄存器、中断使能寄存器、MODEM控制寄存器、线路状态寄存器等。因而它可以与大多数的CPU实现无缝接口，使用很方便。PC16550的功能主要包括：

    * 工作在FIFO模式时，接收器/发送器自带16字节的FIFO存储器，减少了中断CPU的次数；

    * 串行数据位数可编程，起始位、停止位的长度，奇偶校验位的有无可以分别控制；

    * 可分别产生数据的接收/发送、线路状态等中断，各中断的优先级可设定；

    * 可编程波特率产生器；

    * 芯片全部工作状态报告功能；

    * 内部自诊断功能；

    其典型应用电路如图1所示。

DSP与PC机间串口通信的实现

    在许多DSP的应用中需要与PC机进行数据交换，使用户通过PC机上友好的程序界面来控制DSP系统的工作、显示DSP的运行结果等。在数据传输过程中，传输的速度的快慢、误码率的大小、效率的高低等都影响到整个系统的性能指标，因此如何高速高效的进行数据传输是不容小视的。前面已经叙述了由于DSP工作频率较高，它的读写时钟的脉宽较窄，使数据在总线上的锁存时间较短。我们开始是使用8251芯片来完成与ADI公司的ADSP21060串行通信，但在实际应用中测得数据传输误码率较高，系统工作可靠性大受影响。主要是因为8251的响应时间较长，不能保证在DSP的读写周期内准确的将数据进行锁存。后来改用PC16550芯片，就能很好的与DSP匹配，问题得到了彻底解决。另外该芯片内置FIFO(First-In, First-Out，先进先出），能存储一定量的数据后再给DSP中断，从而节省了DSP中断服务程序的时间，提高了DSP的工作效率。具体电路如图2。

    DSP通过外存选择信号/MS00来片选PC16550，通过信号对其进行读写操作，PC16550占用DSP的外部存储器空间。其它一些信号，如cs0，cs1，rd，wr等可根据典型应用电路所示的连接方式进行连接。与MODEM通信的引脚在本系统中没有使用，故相应引脚悬空即可。在DSP与PC机串口通信时先要对16550进行设置，见下面DSP的汇编程序。

    .segment/dm ms0data; /*串口UART*/

    .var okdata[512]; /*okdata起始地址为0主00000*/