面向數(shù)據(jù)通信的UART和橋接芯片解決方案

uart綜述
uart即通用異步接收器和發(fā)送器（universal asynchronous receiver and transmitter），是一種用于連接兩個計算系統(tǒng)的簡單、低成本的串行接口，對高速率串行通信具有更高的可靠性，需要的線纜數(shù)目要少于并行傳輸，同時支持遠(yuǎn)距離的串行通信。

圖1顯示了兩個使用uart進(jìn)行串行通信的系統(tǒng)。uart支持多系統(tǒng)間的串行通信，它的發(fā)送器功能是將并行數(shù)據(jù)發(fā)送至傳送fifo暫存，而后串行發(fā)出。因此uart可減輕處理器的工作負(fù)擔(dān)，將并行數(shù)據(jù)傳輸無縫轉(zhuǎn)換為串行方式，實現(xiàn)對每個通道的串行通信的管理并檢查串行數(shù)據(jù)通信的錯誤。

圖2顯示了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（dte）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（dce）之間的典型uart數(shù)據(jù)傳輸。其中發(fā)送數(shù)據(jù)（txd）和接收數(shù)據(jù)（rxd）均為數(shù)據(jù)信號，其他信號（rtx、cts、dtr、dsr）則用于握手和控制，以避免數(shù)據(jù)丟失。

飛利浦uart方案

綜述

飛利浦的uart系列包括工業(yè)uart系列和16c uart系列。工業(yè)uart系列包括scc26、scc68、sc26c、sc28c、sc28l。其中sc28l201/202是兩款高速、低功耗的單/雙uart，具有實時數(shù)據(jù)錯誤檢測、智能中斷仲裁及256字節(jié)的fifo；sc16cxxxb是先進(jìn)的高速產(chǎn)品，電壓范圍更廣，其波特率為5mbps，具有高速總線周期。

飛利浦的uart產(chǎn)品可以提供的特性包括：產(chǎn)品線寬廣，1~8通道器件適用于不同應(yīng)用；工業(yè)級溫度；低功耗，適用于使用電池的系統(tǒng)；擴展的中斷系統(tǒng)和自動rs485功能，降低了軟件和處理器開銷；硬件和軟件數(shù)據(jù)流控制，可以防止數(shù)據(jù)丟失，摩托羅拉或英特爾接口可選，兼容性好，設(shè)計周期短。 此外，獨立的飛利浦uart還支持自動回傳、用于在系統(tǒng)中調(diào)試的回傳功能以及可用于無線點到點數(shù)據(jù)通信的irda接口。

飛利浦uart應(yīng)用廣泛，隨處可見：基站、導(dǎo)航系統(tǒng)等電信或網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)；電腦、打印機等計算系統(tǒng)；mp3、自動售貨機等消費類產(chǎn)品及汽車控制箱、煤氣表等工業(yè)或汽車產(chǎn)品中都能看到它的身影。

飛利浦uart正在不斷地進(jìn)行優(yōu)化，以滿足各種新設(shè)計的要求。目前它可以為irda、藍(lán)牙、gprs和gps等各種不同的無線設(shè)備提供通信能力，其解決方案包括支持額外的通道、深的fifo、快速總線周期、高波特率、先進(jìn)的中斷系統(tǒng)與rs232和rs485通信。通過使用飛利浦uart，cpu可以更多地關(guān)注于其他任務(wù)。圖3給出了典型的uart系統(tǒng)與rs485串行接口的通信示意。

下面將以單通道uart芯片sc28l201與雙通道uart芯片sc28l202為例，詳細(xì)闡釋飛利浦uart產(chǎn)品的特性、優(yōu)勢及應(yīng)用范圍。

高性能單通道uart芯片sc28l201屬于工業(yè)uart系列，而sc28l202則是雙通道uart芯片。兩種芯片都為全雙工獨立uart，擁有256字節(jié)的fifo供接收器和發(fā)送器。

其特性包括：

13個可編程i/o端口，3v和5v工作電壓，允許5v輸入

為摩托羅拉或英特爾總線接口設(shè)計的引腳選擇

波特率最高可達(dá)3.125mbps，自動的rts/cts和xon/xoff數(shù)據(jù)流控制

掉電模式（< 10 a）與xon/xoff字符識別

16位可編程計數(shù)器/計時器

智能中斷仲裁系統(tǒng)（i2a）

專為rs485應(yīng)用提供的自動喚醒（9位）模式

線路中斷檢測和狀態(tài)變化檢測

接收器超時模式和接收器的看門狗定時器

實時傳輸錯誤校驗

中斷請求和確認(rèn)引腳

工業(yè)級的溫度范圍和48針tssop封裝

sc28l201/202的優(yōu)勢在于：

1）通過智能中斷仲裁（i2a）特性可將與中斷服務(wù)相關(guān)的cpu開銷降至最低，從而提高了系統(tǒng)性能，使得處理器得到解放。其中，智能中斷仲裁（i2a）是一種用于判斷中斷請求是否應(yīng)當(dāng)發(fā)往主機的過程，它的作用是仲裁多個中斷請求，識別最高優(yōu)先級的中斷請求并將中斷向量內(nèi)容報告給主機。其優(yōu)勢在于能將cpu中斷開銷降至最低，使得處理器有更多的時間來處理其他功能，同時提供了通道數(shù)、中斷源、以及fifo充滿程度。

2）實時數(shù)據(jù)錯誤校驗特性，用于實時驗證正確的數(shù)據(jù)是否抵達(dá)目的地，確保了數(shù)據(jù)的高度完整性。減輕處理器在按字節(jié)檢驗方面的負(fù)擔(dān)，減少為處理器檢驗而發(fā)回數(shù)據(jù)塊帶來的延時。如圖4所示。

圖中藍(lán)線顯示的是數(shù)據(jù)在進(jìn)行存儲和發(fā)送，而后它與半位時間延遲接收到的數(shù)據(jù)相對比。紅線顯示的是遠(yuǎn)端uart傳輸?shù)慕邮諗?shù)據(jù)。其中，任何一個錯誤都將產(chǎn)生一個中斷。

3）支持處理器在每個中斷發(fā)送一個大的數(shù)據(jù)包，可在接收器fifo時提供短信息告警，以確保數(shù)據(jù)的吞吐量，更可以預(yù)防數(shù)據(jù)丟失和避免數(shù)據(jù)的重新傳輸。

上述兩器件的應(yīng)用范圍，包括：電信/網(wǎng)絡(luò)（如：路由器、服務(wù)器、voip系統(tǒng)）、消費類電子設(shè)備和安全設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備、便攜設(shè)備（如：移動電話、pda、gprs、游戲機）、多路工業(yè)遠(yuǎn)程終端（如：顯示器、傳感器、儀表）、pos系統(tǒng)（如：售貨機屏幕、銀行終端、加油站）及遠(yuǎn)程訪問路由器（如：控制臺、終端、診斷機、調(diào)制解調(diào)器）等。

橋接芯片

橋接芯片是管理不同總線接口之間通信的新一代接口解決方案，目的在于克服主機接口到外設(shè)之間的限制，它的優(yōu)點包括使設(shè)計更加靈活、可保持原有的產(chǎn)品設(shè)計方案、縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場的時間并能將原有系統(tǒng)和新系統(tǒng)連接起來。

飛利浦的橋接芯片產(chǎn)品包括：sc16is7xx、sc18is60x和sc18im70x。這些產(chǎn)品在設(shè)計時都考慮了低功耗、低電壓、高數(shù)據(jù)吞吐量、高數(shù)據(jù)完整性等特性。其中，sc16is7xx是以spi或i2c為主連接到uart的產(chǎn)品，它擁有最小限度主機連接、支持rs485、包含irda支持無線連接；

sc18is60x是以spi為主連接到i2c總線的控制器，全雙工高速spi主接口帶快速i2c設(shè)備接口，可編程gpio且可用tssop封裝；而sc18im70x是以uart為主連接到i2c總線的控制器，支持rs232帶快速i2c設(shè)備接口。

spi總線和i2c總線

spi總線是4線路全雙工同步串行數(shù)據(jù)連接，連接到spi總線的設(shè)備分為主設(shè)備及從設(shè)備，主設(shè)備發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，通過芯片選擇（cs）針控制從設(shè)備，互連的設(shè)備間共享同一個vcc和gnd。spi總線適用于手持和其他移動平臺系統(tǒng)為代表的數(shù)據(jù)流傳輸應(yīng)用。

i2c總線是飛利浦在80年底開發(fā)的內(nèi)部集成電路總線。它使用兩線路（scl為串行時鐘，sda為串行數(shù)據(jù)）進(jìn)行簡單的主－從通信，具有支持多主設(shè)備的總線帶仲裁功能，其中的每個ic設(shè)備都通過其自身地址進(jìn)行識別，它對于字節(jié)傳輸?shù)臄?shù)量沒有嚴(yán)格限制，具體的開始條件為--當(dāng)scl處于“高電平”（high）狀態(tài)時， sda線路上有從高（high）到低（low）的電平跳變。

spi和i2c總線的區(qū)別在于：spi更快，最高可達(dá)15mbps，采用全雙工的工作方式，無需“等待確認(rèn)”，但需要更多連線，擴展也要求有額外的芯片選擇引腳；而i2c線路更少，更容易連接設(shè)備，成本更低，但屬于半雙工，速率更低（400khz），在設(shè)備地址識別和等待確認(rèn)方面的時間開銷更大。

sc16is7xx

下面將以sc16is7xx為例，闡橋接解決方案的特性、優(yōu)勢及應(yīng)用范圍。sc16is7xx是i2c或spi主接口連接到uart（rs232/rs485）/irda/gpio設(shè)備的橋接解決方案。

sc16is7xx的主要特性包括：

全雙工uart、可選i2c或spi主總線接口；

連接到vdd的i2c/spi針適用于i2c總線接口，連接到gnd的適用于spi總線接口；

2.5v或3.3v操作，允許5v輸入；

低功耗：睡眠模式< 30 a，操作 < 6ma；

uart波特率最高5mbps；

64字節(jié)fifo；

獨立的使能/取消發(fā)送器和接收器；

自動硬件和軟件數(shù)據(jù)流控制；

自動rs485支持，rs485自動檢測；

硬件和軟件復(fù)位，por（上電復(fù)位，power-on reset）；

irda sir速率最高1.152mbps，i2c速率最高400kbps，spi速率最高15mbps；

8個可編程gpio；

時鐘頻率在2.5v時最高為48mhz，3.3v時最高為80mhz；

工業(yè)級溫度，可用hvqfn、tssop封裝。

sc16is7xx的優(yōu)點包括：可以大大減少到主機的連線；兼容工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)uart；支持i2c或spi總線主機接口；自動uart數(shù)據(jù)流控制，可預(yù)防數(shù)據(jù)丟失；8個可編程i/o針，用于調(diào)制解調(diào)器控制、鍵盤和led燈；可降低連接多個設(shè)備的成本及系統(tǒng)中的硬件和軟件資源開銷。

sc16is7xx的應(yīng)用領(lǐng)域包括：同步到異步的接口；spi / i2c到rs232或rs485的通信；

irda無線通信；需要更多uart信道或要求更高性能uart的spi / i2c系統(tǒng)。典型應(yīng)用范例包括：移動電話、網(wǎng)絡(luò)診斷終端；工業(yè)面板接口；移動訪問服務(wù)器；藍(lán)牙和gprs接口；

無線irda數(shù)據(jù)端口及游戲機等。

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