一種基于C8051F310的UART擴展實現(xiàn)

　　(2)軟件實現(xiàn)

　　發(fā)送狀態(tài)機軟件實現(xiàn)：將數據進入到發(fā)送緩沖寄存器，然后置SW_TX端口為低電平，啟動發(fā)送，裝載波特率源，此后每經過1/2個位時間后通過移位操作將發(fā)送緩沖寄存器中的數據按位改變SW_TX數據線電平從而實現(xiàn)數據的發(fā)送。

　　接收狀態(tài)機軟件實現(xiàn)：當PCA0模塊捕捉到SW_RX下邊沿后為產生中斷，捕捉接收起始位，然后轉載波特率，此后每1/2個位時間讀取SW_RX線數據位，通過移位操作進入接收緩存。在第九位是由PCA0捕捉停止位，完成接收。

　　多個UART的擴展實現(xiàn)

　　由于軟件UART主要利用中斷來控制接收和發(fā)送的，因此，當進行多個UART擴展是不可避免的遇到了由于中斷處理時間對于UART上發(fā)送數據和接收數據的位時間對準問題。根據UART傳輸原理為了保證接收的準確性一般采用在1/2個位時間處讀取和發(fā)送數據。因此無論進行多少個UART擴展其總的時間開銷應小于1/2個位時間，因此當配置多個UART擴展時傳輸的波特率是有限制的。同時為了盡可能的多擴展UART應當盡量采用較高的系統(tǒng)時鐘頻率。

　　在本設計中利用C8051F310實現(xiàn)了4路UART擴展。分別利用定時器T0，定時器T2，定時器T3和PCA定時器作為波特率產生定時器。設定波特率為9600b/s。

　　考慮中斷處理時間，前文提到了總的中斷處理時間應小于1/2個位時間，考慮了最差情況，即4路中斷同時并發(fā)的情況，一般而言此種情況是不常發(fā)生的，因此，認為只要滿足下式：

　　即可滿足n個UART擴展的要求，其中為平均中斷處理時間。

　　對于中斷時間的測定，可采用在中斷開始和中斷結束處設置斷點讀取定時器計數值方式獲得。

　　由此可以看出能否盡量多的擴展一定波特率要求的UART，主要是控制中斷處理的時間采用盡量少的中斷處理完成讀取和發(fā)送的I/O端口控制，以及相應的移位操作，一般接收狀態(tài)機中中斷時間較長，而中斷發(fā)送機時間較短。

　　多串口數據轉發(fā)協(xié)議

　　本設計中實現(xiàn)多串口軟件擴展的目的是為了解決端口不足的問題，利用一個串口實現(xiàn)對于多個UART設備的通訊，同時克服硬件擴展中信道占用問題，因此需要編制數據中繼轉發(fā)協(xié)議。

　　下行數據的讀取

　　UART設備的數據發(fā)送可以分為兩類：分為主從式和直發(fā)式，主從式數據的獲取需要先向設備發(fā)送指令，通過指令獲取相應設備數據。直發(fā)式設備則無論處于何種狀態(tài)，系統(tǒng)加電后按照預定數據協(xié)議向上發(fā)送數據。在本設計中同時存在這兩類設備。

　　對于直發(fā)式設備本設計采用直接利用一路軟件UART獲取數據，將數據保存在單片機預先開辟好的一組存儲區(qū)域中，對于主從式設備本設計采用由單片機按照其最小工作周期連續(xù)采集數據進行存儲的方式(即利用單片保持數據的最小采集周期更新)。

　　采集的時序安排，由于下掛的各種設備數據采集周期不同，因此不可避免的存在各種數據采集的時序問題，由于采用中斷方式進行采集，這種時序的安排體現(xiàn)在了中斷的優(yōu)先級安排上。為了最大限度的保持數據采集的實時性，應將數據周期較長的設備設定為高優(yōu)先級中斷，這樣在其設備采集設備的同時可以更新其他低速設備。

　　上行數據的轉發(fā)

　　上行數據轉發(fā)采用指令方式，即利用指令判斷從數據存儲區(qū)中獲取那些設備的數據。通過這種方式把原來兩類設備數據傳輸方式統(tǒng)一到了主從式上。