1 S3C2410硬件平臺簡介

S3C2410是韓國三星公司生產(chǎn)的新一代高性能微處理器，它是基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC處理器．主要應用于嵌入式系統(tǒng)中。

S3C2410擁有強大的數(shù)據(jù)處理能力．又有著低成本．低功耗等優(yōu)點．在各種手持及移動設備上的應用越來越廣泛，基于其平臺的程序功能也越來越復雜。于是，在其平臺上架構多線程的操作系統(tǒng)已成為越來越多系統(tǒng)設計者的訴求，本文介紹多線程在S3C2410上的具體實現(xiàn)過程。

2 系統(tǒng)結構分析

串行端口的本質(zhì)功能足作為CPU和串行設備問的編碼轉(zhuǎn)換器，一般微機內(nèi)都配有通信適配器，使計算機能夠與其他具有RS232C串口的計算機或設備進行通信。本系統(tǒng)主要目的是實現(xiàn)宿主機與目標機之間的近距離串行通信，采用的宿主機是Intel X86架構的Red Hat Linux 9．03環(huán)境PC機，而目標機是ARM架構的開發(fā)板。

本系統(tǒng)中目標機開發(fā)板的內(nèi)核采用的是三星的S3C2410，該開發(fā)板采用核心板加底板的模式．核心板接口采用DIMM200標準連接器．工作非常可靠，可穩(wěn)定運行在203 MHz的時鐘頻率下。其外設非常豐富．功能強大．完全可以滿足設計需要。串口線采用常用的RS 232C型接口模式。能實現(xiàn)計算機與開發(fā)板間的數(shù)據(jù)傳輸與控制。

3 系統(tǒng)硬件結構原理

串行通信可以在DOS或Windows環(huán)境下進行。可以用匯編或高級語言編寫通信程序，本文介紹如何在Linux操作系統(tǒng)下來實現(xiàn)串口間的通信。

在串口通信的實現(xiàn)過程中。要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性．其硬件設計是必不可少的，本文中選用S3C2410芯片作為核心器件。S3C2410芯片是SAMSUNG公司16/32位的RISC處理器。采用ARM920T內(nèi)核，內(nèi)部具有2個獨立的UART控制器以及分開的16 kB的指令Cache和16 kB數(shù)據(jù)Cache，每個控制器支持的最高波特率可達到230．4 kb/s。S3C2410芯片的這些特點，為實現(xiàn)在“nux操作系統(tǒng)下計算機與開發(fā)板問的串口通信提供了可靠的保證。基于S3C2410的嵌入式串口通信的硬件結構原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結構原理圖

宿主機計算機系統(tǒng)中，在Linux操作系統(tǒng)下編寫好串口通信的程序．通過JTAG接口模塊下載至目標機即開發(fā)板中，在相應的軟件控制命令下．通過串行接口線即町實現(xiàn)宿主機與目標機問數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。目標機中電源模塊提供了開發(fā)板系統(tǒng)工作所需的正常電壓。各種數(shù)據(jù)信息町以通過液晶顯示模塊及時顯示出來．還可以通過鍵盤控制模塊來實現(xiàn)對日標機操作的控制，外擴存儲器模塊町以由FLASH或SDRAM構成，當然作為一個完整的系統(tǒng)．還必須配有其他外圍電路，以保證系統(tǒng)的正常工作。

4 軟件實現(xiàn)

串口通信軟件的設計是系統(tǒng)成功運行的關鍵，如何保證通信的效率、可靠性、實時性以及節(jié)約系統(tǒng)的資源足設計者關心的問題，因此通信協(xié)議的定義、軟件外發(fā)的結構設計、程序開發(fā)工具的選擇在系統(tǒng)設計中極其重要。PC端串口通信程序的開發(fā)是基于Windows環(huán)境面向?qū)ο蟮脑O計方法，開發(fā)環(huán)境選用vc++，實現(xiàn)的方法有多種，對此作介紹的文獻也較多。在此不詳述。對于單片機端的串口通信程序，有文獻介紹基于匯編語言的程序框架，但基于分層結構的C語苦實現(xiàn)卻少有介紹。下面將具體介紹在Keil C51中，分層結構框架下串口全雙工通信程序的設計與實現(xiàn)。

4．1 通信協(xié)議口波特率

基于串I=1的通信模式有間步通信和異步通信兩種，這取采用的是異步串行通信。在通信過程中，單片機應處理以下問題： （1）識別命令。PC機將命令傳送給單片機，單片機能夠識別不同的命令而且根據(jù)不同的命令內(nèi)容完成不同的操作。（2）識別數(shù)據(jù)。單片機能識別附加在命令后的數(shù)據(jù)。傳送數(shù)據(jù)的最大位數(shù)由設置的緩沖區(qū)大小決定。（3）出錯處理。包括識別無效命令和處理通信錯誤。當啦片機接收到系統(tǒng)沒有定義過的命令．或者收到的命令不符合預先定義的格式時。它應該做出響應．向系統(tǒng)報錯并能進行錯誤處理，錯誤類型編號應事先定義。（4）正確應答。當單片機系統(tǒng)接收到一條沒有通信錯誤且符合通信協(xié)議的信息時，應根據(jù)所接收的命令進行相應操作，并把操作結果返回PC機．如發(fā)一個“OK”信息以示確認。

PC機應處理的問題：（1）采集單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)，如某設備模塊的狀態(tài)信息；（2）接收單片機的正常響應和錯誤響應信息，若足錯誤響應信息，應根據(jù)錯誤類型，以處理。由于控制的設備模塊可能有多個，通過對設備模塊統(tǒng)一編址，給不同的設備設置唯一的16位地址加以區(qū)分。這樣在PC機和單片機進行數(shù)據(jù)傳送時，雙方能夠識別數(shù)據(jù)的來源及需控制的對象。如表1所樂為通信協(xié)議格式示例．由PC機傳輸命令協(xié)議和單片機響應協(xié)議組成。

表1 通信協(xié)議示例

4．2 單片機通信軟件的分層設計

單片機系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境為Keil C51。與匯編語言相比．C語言在結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢．更利于程序移植和擴展。串口通信程序采用分層結構。即將程序按層次分為物理層、驅(qū)動層，應用層，分層設計有以下優(yōu)點：（1）與主機通信的串口程序支持接收和發(fā)送并發(fā)處理（主動發(fā)送和被動查詢設備并存），利于提高通信效率及數(shù)據(jù)處琿的實時性。（2）當單片

機只有一個串口而以串口通信方式控制的設備模塊有多個時。必需對串口擴展，為了簡化硬件則需用軟件實現(xiàn)模擬的串口。因此系統(tǒng)內(nèi)部應有支持I/O口模擬串口操作的軟件實現(xiàn)。標準串I/O和模擬串口在物理實現(xiàn)上有區(qū)別，但采用統(tǒng)一的對外封裝，以提高程序的封裝性和模塊化祥度。（3）防止由于串口操作向在流程中獨占CPU資源．避免漏檢狀態(tài)信息等現(xiàn)象發(fā)生。

三層程序的主要功能及C語言實現(xiàn)如下所述：

（1）驅(qū)動層：也稱抽象層，在該層定義串口基本操作結構。基于此結構實現(xiàn)不同方式下的串口設計，包括中斷方式下的串口實現(xiàn)和I/O口模擬方式下的串口實現(xiàn)。雖然兩種方式的底層實現(xiàn)有所區(qū)別。但足驅(qū)動層屏蔽不同串口操作的物理細節(jié)，簡化應用層對串口的操作。串口的結構定義如下：

typedef struct Serial

{ void （* pfSetBaudRate）（unsigned long baud_rate）; //設置串口波特率

void （*pfOpen）（void）; //串口打開

void （*pfClose）（void）; //串口關閉

unsigned （*pfGetChar）（unsigned char *c）; //從接收緩存中取一個數(shù)

void （*pfPutChar）（unsigned char c）; //發(fā)送一個字節(jié)

void （*pfPutStr）（unsigned char *tmp_str， unsigned char tmp_len）; //發(fā)送一串數(shù)

}Cserial;

（2）物理層：在該層針對不同的串口實體．完成不同的物理操作．如單片機串口初始化、I/O模擬串口方式下的定時器初始化、I/O中斷初始化等。其作用是給不同的串口操作模式提供支撐。針對標準全雙工串口和模擬串口兩類不同的物理實現(xiàn)方式．設計不同的串口實體（包含內(nèi)部執(zhí)行每類串口的底層操作及相關基本的外部初始化等操作），不同的實現(xiàn)方式，綁定不同的操作函數(shù)指針．指針指向不同的操作。兩種串口實體封裝成統(tǒng)一的串口基礎類，使程序具有更強的通用性和擴展性。在物理層采用循環(huán)FIFO雙緩沖隊列對接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)進行緩存、讀取，緩沖區(qū)循環(huán)FIFO操作方式與中斷方式下接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的結合使用，保證了數(shù)據(jù)處理的可靠性、實時性。，由于篇幅所限．下面只給出了緩沖區(qū)結構和相關指針的聲明程序示例代碼：

typedef struct Fifo

{ unsigned char *m_buf；//定義緩沖區(qū)首地址

unsigned int m_bufsize；//定義緩沖區(qū)大小

unsigned int m_wp； //寫入數(shù)據(jù)

unsigned int m_rp； //讀出數(shù)據(jù)

）CFifo；

unsigned char（fFifoPush）（CFifo *me， unsigned char c）；//數(shù)據(jù)入隊

unsigned char（fFifoPop）（CFifo *me）；//數(shù)據(jù)出隊

void fFifolnit（CFifo *me， unsigned char * tmp_buf，unsigned int tmp_size）；//初始化

（3）應用層：完成對單片機系統(tǒng)初始化。包括串口驅(qū)動結構實體的初始化。然后按統(tǒng)一的串口驅(qū)動層接口對串口操作而不關心其物理實現(xiàn)方式，如波特率設置、串口開關、收發(fā)數(shù)據(jù)等，循環(huán)接收、處理串口的命令和數(shù)據(jù)．處理單片機的I/O 口操作等。以下為主應用程序基本架構．本爾例為系統(tǒng)接收串口數(shù)據(jù)后。直接返回主機。

extern CSerial xdata mSerial； //在物理層，已聲明該串口實體

void main（void）

{ EA=0；//禁止中斷

Uart_Init（）； //串口初始化

mSerial．pfSetBaudRate（9600）；//設置波特率為9600bps

mSerial．pfOpen（）； //打開串口

//?其它初始化程序，

EA=l： //開放中斷

while（1）{

if（mSefial．pfGetchar（&i））mSerial．pfPutchar（i）

}

//?其它循環(huán)檢測、處理程序

}

5 小結

本文作者創(chuàng)新點足詳細地說明了基于S3C2410的嵌入式系統(tǒng)串口全雙工通信軟件分層設計的實現(xiàn)，描述了單片機與PC機仝雙工串口通信的通信協(xié)議，以及存keil C51下的程序?qū)崿F(xiàn)。應用征明．該方法可以極大地提高程序的封裝性和模塊化程度．增強了串口傳送數(shù)據(jù)時系統(tǒng)收發(fā)、處理數(shù)據(jù)的并發(fā)性和實時性．同時也提高了編程效率。該方法已成功應用于安防監(jiān)控系統(tǒng)、I/O檢測模塊、安全模塊等系統(tǒng)．運行結果良好。對于其它基于串口通信的智能設備控制．具有參考意義。

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