兩種MCU間的串行通信協(xié)議設(shè)計(jì)

2．2．3 線路檢測(cè)機(jī)制
雖然本例中的UART接口是一種有線通信，而且線纜長(zhǎng)度不超過(guò)20 cm，但仍有可能出現(xiàn)插口松脫、線纜銅芯斷裂等情況，造成線路中斷。對(duì)于轉(zhuǎn)換成RS232電平的應(yīng)用，雖然RS232的最大傳輸距離不超過(guò)15 m，但如果在惡劣的環(huán)境中使用，仍無(wú)法完全避免線路發(fā)生中斷。因
此，有效的線路檢測(cè)機(jī)制是必需的。
本設(shè)計(jì)中，當(dāng)本端系統(tǒng)狀態(tài)為Null時(shí)，每間隔1 s就發(fā)送一個(gè)線路探測(cè)幀，類型ID=0x00，通信內(nèi)容=0x55。同時(shí)，如果本端在5 s內(nèi)收不到任何新數(shù)據(jù)或者線路探測(cè)幀，則表明線路中斷，向上層程序發(fā)送線路中斷報(bào)告。對(duì)于需要交互秒時(shí)間信息的應(yīng)用，線路探測(cè)幀可以省略，只檢測(cè)秒時(shí)間信息就可以達(dá)到線路探測(cè)的目的。
2．2．4 校正機(jī)制
因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/串行">串行通信普遍存在誤碼的問(wèn)題，因此簡(jiǎn)單有效的校正機(jī)制是必須的。由于采用的是點(diǎn)到點(diǎn)的串行接口，數(shù)據(jù)幀都是按照發(fā)送的先后順序到達(dá)接收端，不會(huì)出現(xiàn)后一幀比前一幀早到的情況，只需要采用CRC-16和簡(jiǎn)單的ARQ機(jī)制，再加上超時(shí)重傳機(jī)制，就可以提供高可靠的數(shù)據(jù)傳輸。
接收方收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀之后，必須給發(fā)送方返回一個(gè)ACK幀，該幀的類型ID=0xFF。通信內(nèi)容根據(jù)校驗(yàn)的結(jié)果有所不同：校驗(yàn)正確的，Data=1；校驗(yàn)失敗的，Data=0。
發(fā)送方發(fā)送完一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀之后，啟動(dòng)超時(shí)重傳計(jì)時(shí)器。如果在計(jì)時(shí)器超時(shí)之前沒(méi)有收到ACK幀，或者收到的ACK幀的Data為0，就重發(fā)上一個(gè)數(shù)據(jù)幀；當(dāng)收到ACK幀之后，計(jì)時(shí)器歸零。發(fā)送方只有在收到Data為1的ACK幀后，才能發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀。當(dāng)連續(xù)超時(shí)5次時(shí)，表明線路中斷，向上層程序發(fā)送線路中斷報(bào)告。
ACK幀和線路檢測(cè)幀無(wú)須應(yīng)答。發(fā)送這兩種幀之后，無(wú)須設(shè)置超時(shí)重傳計(jì)時(shí)器。
2．2．5 接口控制
接口控制主要管理UART接口的收發(fā)，在此采用中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。若有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則必須等發(fā)送緩存為空時(shí)，才能把數(shù)據(jù)寫入到發(fā)送緩存，否則會(huì)把舊的數(shù)據(jù)覆蓋掉，造成數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)數(shù)據(jù)寫入結(jié)束后，產(chǎn)生一個(gè)發(fā)送中斷，通知MCU把數(shù)據(jù)通過(guò)UART接口發(fā)送出去。當(dāng)收到一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，UART產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，通知MCU把數(shù)據(jù)放入接收緩存，保存完成后清除中斷信號(hào)，等待接收下一個(gè)數(shù)據(jù)。只需修改接口控制部
分，就可以適用于不同的硬件接口。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及分析
為了驗(yàn)證本串行通信協(xié)議的有效性，連接STM32和MST776的UART接口，在這兩個(gè)MCU上運(yùn)行本通信協(xié)議，并在線纜上引出兩個(gè)探測(cè)點(diǎn)，使用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，然后接到PC機(jī)的RS232接口上，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)。通過(guò)Windows的超級(jí)終端，可以在PC機(jī)上看到UART接口收發(fā)數(shù)據(jù)的狀況。同時(shí)，通過(guò)JTAG接口可以看到通信協(xié)議向上層程序交付的數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本通信協(xié)議工作正常，收發(fā)數(shù)據(jù)正確，校正機(jī)制和線路檢測(cè)機(jī)制都工作良好。運(yùn)行本通信協(xié)議后，兩個(gè)MCU都沒(méi)有出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出、死機(jī)等情況。這表明本文設(shè)計(jì)的串口通信協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能，令Cortex-M3與C51之間可以有效地進(jìn)行信息交互。

結(jié)語(yǔ)
本文基于Cortex-M3與C51之間的通信需求，設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)據(jù)幀的通信協(xié)議，使得兩個(gè)MCU間可以進(jìn)行有效的信息交互。本設(shè)計(jì)已經(jīng)在某型多媒體系統(tǒng)上得到應(yīng)用，使用效果很好，表現(xiàn)非常穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)具有良好的可移植性和通用性，在另一個(gè)嵌入式項(xiàng)目中，經(jīng)過(guò)對(duì)程序的少量修改，也在SPI接口上得到了應(yīng)用。