嵌入式串口通信设计

湖南文理学院专业班级：通信工程11101班学号(2位)评阅意见：日期嵌入嵌入1嵌入式是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。随着嵌入计算机之间的通信。在实际开发应用中，串口通信是不可缺少的部分。目前嵌入式系统与PC机之间一种非常重要而且普遍应用的通信方式。本文较为详细地介绍了串口通信的硬件电路和软件实现方法。通过与计算机串口间的接，实现在ARM平台上，传输速率115200bps,接收来自串口(通过超级终端)的字符并将接收到的字符发送到超级终端，实现监测。与外部设备通信的基本功2 4 41.1串口通信的原理 41.2串口通信的开发工具 41.2.12410F硬件平台简介 51.2.2ARM简介 51.2.3Linux系统简介 51.3串口通信的基本任务 7二、系统分析 82.1RS-232C标准8三、串口驱动程序设计 3.1串口操作需要的头文件 3.2打开串口 3.3串口设置 3.4串口读写 3.5关闭串口 21四、总结 参考文献 3串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。嵌入式系统的硬件平台构架、实时嵌入式操作系统的移植，为今后嵌入式系统的后继开发提供了一个嵌入式平台。基于嵌入式系统设计原理的嵌入式开发平台的设计的总体方案，从硬件和软件两个方面讲述了嵌入式系统的设计思想和方法，及其可行性的论证。嵌入式系统硬件平台的设计与调试，着重叙述了硬件平台的整体设计方案，包括各个设计模块的选型与接口电路的设计。随着世界科技水平的发展，嵌入式系统以其小型、专用、易携带、可靠性高的特点，已经在各个领域得到了广泛的应用，如军事国防、消费电子、通信设备、工业控制等。随着嵌入式系统软硬件技术的飞速发展，其应用领域必将更为广阔，嵌入式系统的研究将会有非常广泛的前景。本课题既可以使电子专业学生对ARM920T的嵌入式串口通信系统的实际应用有深入的了解，更重要的是培养了我们的软硬件动手能力，是我们所学专业知识、理论、技能和培养学生独立完成基本科研任务能力的一个综合检验，具有一定的效果和意义。4串口传输是二进制代码序列在一条信道上以位(元码)为单位，按时间顺51.2.12410F硬件平台简介在二次开发的产品当中。这款设备主要包括核心板与底板两个部分，核心板采用6层PCB设计、底板采用2层PCB板设计，核心器件是基于目前业内主流使用的SAMSUNGARM9SMHzSD主机和MMC接口，2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在203MHz。6(6)指令长度固定。7文件结构是文件存放在磁盘等存储设备上的组织方法。主要体现在对文件和目录的组织上。目录提供了管理文件的一个方便而有效的途径。我们能够从一个使用Linux,用户可以设置目录和文件的权限，以便允许或拒绝其他人对其编辑器、执行标准的计算操作等。用户也可以产生自己的工具。过滤器：用于接收数据并过滤数据。交互程序：允许用户发送信息或接收来自其他用户的信息。具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。在异步通信方式下，接口自动生成起止式的帧数据格式。在面向字符的同步方式下，接口要在待传送的数据理数据是并行数据。所以当数据由计算机送至数据发换为并行数才能送入计算机处理。因此串并转换是串接口电路和的重要任务。(3)控制数据传输速率：串行通信接口电路应具有对数据传输速率-----波(4)进行错误检测：在发送接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位8计算机计算机串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器，一般微机内都配有通信适配器，使计算机能够与其他具有RS-232C串口的计算机或设备进行通信。本系统主要目的是实现宿主机与目标机之间的近距离串行通信，采用的宿主机是IntelCentrino架构的RedHatLinux9.03环境PC机，而目标机是ARM架构的开发板。本系统中目标机开发板的内核采用的是三星的S3C2410,该开发板采用核心板加底板的模式，核心板接口采用DIMM200标准连接器，工作非常可靠，可稳定运行在203MHz的时钟频率下。其外设非常丰富，功能强大，完全可以满足设计需要。串口线采用常用的RS-232C型接口模式，能实现计算机与开发板间的数据传输与控制。嵌入式串口通信采用EIARS-232C标准。RS-232C是1969年由电子工业协会(EIA)公布的标准。该标准的用途是定义数据终端设备DTE(DataTerminalEquipment)与数据通信设备DCE(DataCommunicationEquioment)的接口数据终端设备就是连接通信两端设备的连线(如空MODEM)或其他设备。RS-232C标准的构架如图2.1所示。AMDEMMDEM计算机BRS-232C标准的一些主要规范如下。9RS-232C采用非归零、双极性编码，且使用负逻辑规定的逻辑电平：-15～-5V规定为逻辑“1”。+5～+15V规定为逻辑“0”。信号电平与TTL电平不兼容，所!图2.2RS-232C的电平转换电路(2)引脚定义目前广泛的DB9引脚定义如图2.3所示。信号引脚定义的说明见表2.1。图2.3DB9引脚定义I9针串口DB9针号功能说明缩写1输入，数据载波检测2输入，接收数据3输出，发送数据456789(3)字符(帧)格式空闲位都规定为高电平(逻辑值“1”),这样就能保证起始位开始处一定有一1没有)数据发送方接收方图2.4串行传输的工作原理示意图从图2.4中可以看出，这种格式是靠起始位和停止位来实现字符的界定或同步的，故称为起止式协议。没有统一的时钟，没有同步字符，依靠起始位和停止位标识每一帧，传输时，数据的地位在前，高位在后。起始位实际上是作为同步信号附加进来的，当它变为低电平时，告诉接受方传输开始，后面接着是数据位；而停止位则标志一个字符的结束。这样就为通信双方提供了何时开始收发、何时结束的标志。传输开始前，收发双方把所采用的字符格式(包括字符的数据位长度、停止位位数、有无校验位以及是奇校验还是偶校验等)和数据的传输速率进行统一规定。传输开始后，接收设备不断地检测线路，看是否有起始位到来。当收到一系列的“1”(停止位或空闲位)之后，检测到一个下跳沿(由“1”变为“0”),说明起始位出现，起始位经确认后，就开始接收所规定的数据位和奇偶校验位以及停止位。然后去掉停止位，对数据位进行串并转换，并且经奇偶校验无误后，才算正确地接收到一个字符。一个字符接收完毕，接收设备又继续测试线路，监视“0”电平的到来和下一位字符的开始，直到全部数据传输完毕。I(4)握手协议RS-232C标准除了规定的字符格式和通信波特率以外，还在数据终端设备DTE和数据通信设备DCE之间定义了一套握手协议。握手协议的过程如图2.5所示。图2.5DTE与DCE的握手协议过程①DTR:数据终端设备DTE准备就绪。DTE加电并能正确实现通信时，向DCE发出DTR信号。DTE发出DSR信号。DSR有效时向本地MODEM发出RTS信号。本地MODEM检测到RTS有效，然后根据目的电话号码向远程MODEM发出呼叫。远程MODEM收到该呼叫，发出回答载波信号。本地MODEM接受到此载波信号，然后向远程MODEM发出原载波信号进行确认，同时向DTE发出数据载波信号DCD。④DCD:数据载波信号检测。由MODEM发向数据终端设备DTE,表示已检测到对方载波信号。信号通知自己的DTE,表示这个通信通路已经做好数据传输的准备，允许DTE进行数据发送。至此，通信链路建立，可以通信。向DTE发出该信号，指示此呼叫。在电话呼叫振铃结束后，MODEM在DTE已准备好的情况下(即DTR有效),立即向对方自动应答。双机可以利用RS-232C通信接口进行直接互连(数据终端设备DTE到DTE),即空MODEM连接。这种形式在嵌入式系统中应用极为广泛。由于RS-232C标准中有两对硬件握手协议的引线：DTR和DSR、RTS和CTS,根据应用握手协议的机制不同，可分为3种情况：无硬件握手、DTR和DSR握手、RTS和CTS握手。①无硬件握手情况无硬件握手的双机互连如图2.6所示。DTE计计算算机机AB图2.6无握手的双机互连无硬件握手的连线最简单，只需要3根线，应用比较多。但通信不可靠，接收缓冲区容易溢出。DTR和DSR握手的双机互连如图2.7所示。EAB图2.7DTR和DSR握手的双机互采用DTR和DSR握手进行发送和接收数据的过程如下(设计算机A接收，计算机B发送):若计算机A已经准备就绪，则使DTR有效。计算机B通过采集DSR,得知计算机A已经做好接收数据的准备，可以发送数据。若计算机A为准备好，则DTR无效，计算机B通过采集DSR,得知计算机A尚未做好接收数据的准备，停止发送数据。RTS和CTS握手的双机互连如图2.8所示。AB图2.8RTS和CTS握手的双机互连利用RTS和CTS握手进行发送和接收数据的过程如下(设计算机A接收、计算机B发送):若计算机A已经准备就绪，则使RTS有效。计算机B通过采集CTS,得知计算机A已经做好接收数据的准备，可以发送数据。若计算机A未准备好，则RTS无效，计算机B通过采集CTS,得知计算机A尚未做好接收数据的准备，停止发送数据。上在串口通信的实现过程中，要保证数据传输的可靠性和稳定性，其硬件设计是必不可少的，本文中选用S3C2410芯片作为核心器件。S3C2410芯片是SAMGSUNG公司16/32位的RISC处理器，采用ARM920T内核，内部具有2个独立的UART控制器以及分开的16kB的指令Cache和16kB数据Cache,每个控制器支持的最高波特率可达到230.4kb/s。S3C2410芯片的这些特点，为实现在Linux操作系统下计算机与开发板间的串口通信提供了可靠的保证。基于S3C2410的嵌入式串口通信的硬件结构原理如图2.9所示：宿主机(计算机系统)目标机(开发板)外扩存储器模块备(带图2.9系统硬件结构原理图宿主机即计算机系统中，在Linux操作系统下编写好串口通信的程序，通过网络ftp下载至目标机即开发板中，在相应的软件控制命令下，通过串行接口线即可实现宿主机与目标机间数据的发送和接收。目标机中电源模块提供了开发板系统工作所需的正常电压，各种数据信息可以通过液晶显示模块及时显示出来，还可以通过键盘控制模块来实现对目标机操作的控制，外扩存储器模块可以由上13.1串口操作需要的头文件<fcntl.h>/*文件控制定义*/#include<errno.h>/*错误号3.2打开串口Iperror("提示错误!");在奇偶位或数据位(当无奇偶校验时)之后发送停止位通信线路上传输的位(码元)信号都必须保持一致的Ⅱ②检验位设置：个进程打开文件的记录表。当打开一个现存的文件或者是创建一个新文件时，内核就向进程返回一个文件描述符；当需要读写时也需2nBytewritefdbufferLe_tv.tvusec=(Timeeout%1000)printfThereceivedwordsar3.5关闭串口本文介绍了一种基于嵌入式的串口通信系统，采用S3C2410芯片作为串口通信的控制核心器件，实现了在Linux操作系统下宿主机与目标机间串口通信的基本功能。基于嵌入式系统设计原理的嵌入式开发平台的设计的总体方案，从硬件和软件两个方面讲述了嵌入式系统的设计思想和方法，及其可行性的论证。嵌入式系统硬件平台的设计与调试，着重叙述了硬件平台的整体设计方案，包括各个设计模块的选型与接口电路的设计。随着世界科技水平的发展，嵌入式系统如军事国防、消费电子、通信设备、工业控制等。随着嵌入式系统软硬件技术的通过这两个周的学习，还是学到了不少的知识!不仅纠正了课程学习过程中出现的许多错误，还在试验中验证了自己的一些猜想。在学习的过程中有失败，当然也有困惑，有成功，当然就有喜悦。虽然只是课程设计，我还是认真对待，能认识到自己的过错和不足不也是一件幸事吗!做学问也是做人，再作学问的过程中体味做人的道理不也是一种收获吗?记得古语中说：