1 主從式多機通信

　　所謂主從式多機系統(tǒng)，即在數(shù)個arm(或單片機)中，有一個是主機，其余的為從機。從機要服從主機的調(diào)度、支配，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　主機信息可以發(fā)到各個從機，從機發(fā)送的信息只能被主機接收，從機之間不進行通信。

　　51單片機串口不同尋常的特征是包括第9位方式(在串口模式2和模式3下)。它允許把在串行口通信增加的第9位用于標志特殊字節(jié)的接收。一般約定第9位為高時表示該字節(jié)為地址字節(jié)，第9位為低時為數(shù)據(jù)字節(jié)。第9位方式允許接收單片機信息，僅當字節(jié)具有一個第9位時才能被中斷。用這種方式，主機首先廣播1字節(jié)，并讓其第9位為高，同時收到該字節(jié)的各個從機，只有地址相符的打開，以接收后面的數(shù)據(jù)字節(jié)。所接續(xù)的數(shù)據(jù)字節(jié)(第9位為低)不能引起其他從機中斷，因為未送它們的地址。

　　51單片機用9位方式多機通信時，串口模式必須在方式2或方式3。

　　其實現(xiàn)多機通信的原理和工作過程如下：作主機的8051的SM2應(yīng)設(shè)定為O，作從機的sM2設(shè)定為1。主機發(fā)送并被從機接收的信息有兩類：一類是地址，用于指示需要和主機通信的從機地址，由串行數(shù)據(jù)第9位為“1”來標志;另一類是數(shù)據(jù)，由串行數(shù)據(jù)第9位為“0”來標志。由于所有從機的SM2=1，故每個從機總能在R1=O收到主機發(fā)來的地址(因為串行數(shù)據(jù)的第9位為“l(fā)”)，并進入各自的中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，每臺從機把接收到的從機地址和它的本機地址(系統(tǒng)設(shè)計時所分配)進行比較。所有比較不相等的從機均從各自的中斷服務(wù)程序中退出(SM2仍為1)，只有比較成功的從機才足被主機尋址通信的從機。被尋址的從機在程序中使SM2=0，以便接收隨之而來的數(shù)據(jù)或命令(RB8=0)。上述過程進一步歸結(jié)如下：

　?、僦鳈C的SM2為O，所有從機的SM2=1，以便接收主機發(fā)來的地址。

　　②主機給從機發(fā)送地址時，第9數(shù)據(jù)位應(yīng)設(shè)置l，以指示從機接收這個地址。

　?、鬯袕臋C在SM2=1、RB8=1和RI=O時，接收主機發(fā)來的從機地址，進入相應(yīng)中斷服務(wù)程序，并與本機地址相比較，以便確認是否為被尋址從機。

　?、鼙粚ぶ窂臋C通過指令清除SM2，以便正常接收數(shù)據(jù)，并向主機發(fā)回接收到的從機地址，供主機核對。未被尋址的從機保持SM2=1，并退出各自中斷服務(wù)程序。

　　⑤完成主機和被尋址之間的數(shù)據(jù)通信，被尋址從機在通信完成后重新使SM2=l，并退出中斷服務(wù)程序，等待下次通信。

　　從以上8051實現(xiàn)9位方式多機通信的過程可見，關(guān)鍵問題在于：

　?、侔l(fā)送端(主機)如何發(fā)送第9位，并且可編程設(shè)置1或O;

　?、诮邮斩?從機)如何接收到這第9位，并判斷出是l還是0。

　　以上問題，8051串口可通過控制寄存器SCON中的TB8、RB8和SM2位的設(shè)置和讀取輕松解決，但在ARM中并沒有與805l類似功能的寄存器。那么ARM7多機系統(tǒng)怎樣實現(xiàn)如上9位方式多機通信呢?下面通過分析arm串口(以UART0為例)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)寄存器，給出一個有效的解決方案。

2 arm7串口UART0內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　使用ARM7串口UARTO之前須設(shè)置5個寄存器，即中斷使能寄存器UOIER、UARTO格式控制寄存器UOLCR、FIFO控制寄存器UOFCR和波特率設(shè)置寄存器UODLM和UODLL。發(fā)送過程是：CPU內(nèi)核通過VPB接口對UARTO的寄存器進行讀寫訪問，數(shù)據(jù)首先進入發(fā)送緩存UOTHR，經(jīng)發(fā)送移位寄存器UOTSR逐位移出，經(jīng)TxDO引腳輸出。接收過程是：數(shù)據(jù)經(jīng)RxDO，先進入接收移位寄存器UORSR，經(jīng)接收緩存U0RBR，通過VPB與CPU內(nèi)核相連。特別注意的是，通信過程中arm7串口中的中斷標志寄存器U0IIR和UART0狀態(tài)寄存器UOLSR的各位將隨著通信收發(fā)而自動受到影響，也就是說這兩個寄存器記錄了數(shù)據(jù)通信過程的狀態(tài)信息，這些信息很有用。

　　UOIIR寄存器的描述如表1所列。

　　UOIIR提供狀態(tài)代碼，用于指示一個掛起中斷的中斷源和優(yōu)先級。在訪問UOIIR的過程中，中斷被凍結(jié)。如果在訪問UOIIR時產(chǎn)生了中斷，該中斷將被記錄，在下次訪問UOIIR時可以讀出，避免了中斷的丟失。

　　UOLSR寄存器描述如下：

　　RDR：接收數(shù)據(jù)就緒。判斷該位是否置1，決定能否從FIF0中讀取數(shù)據(jù)。

　　0——UORBR為空。

　　l——UORBR中包含有效數(shù)據(jù)。從接收FIFO中讀走所有數(shù)據(jù)后，恢復(fù)為O。

　　0E：溢出錯誤標志。當U0RBR寄存器中已經(jīng)有新的字符就緒，而接收FIF0已滿時，該位置位。

　　0——接收緩存區(qū)沒有溢出。

　　1——接收緩存區(qū)發(fā)生溢出錯誤。

　　PE：奇偶校驗錯誤。在使能奇偶校驗位之后，對所有接收的數(shù)據(jù)都進行奇偶校驗，如果與UOLCR中的設(shè)置不符，將引起奇偶校驗錯誤。

　　O——沒有發(fā)生奇偶校驗錯誤。

　　1——發(fā)生奇偶校驗錯誤。讀操作使該位恢復(fù)為O。

　　FE：幀錯誤標志。當接收字符的停止位為O時，產(chǎn)生幀錯誤。

　　O——沒有發(fā)生幀錯誤。

　　1——發(fā)生幀錯誤。讀取該位時恢復(fù)為O。

　　BI：間隔中斷標志。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，如果RXDO引腳保持低電平，將產(chǎn)生間隔中斷。發(fā)生間隔中斷后，接收模塊停止數(shù)據(jù)接收。

　　O——沒有發(fā)生間隔中斷。

　　1——發(fā)生間隔中斷。

　　THRE：反映UOTHR是否為空，也可以認為發(fā)送FIFO是否為空。

　　O——不為空。

　　1——空。對UOTHR進行寫操作，使該位恢復(fù)為O。

　　TEMT：當發(fā)送移位寄存器和UOTHR均為空時，該位置位。

　　0——不為空。

　　1——空。對UOTHR進行寫操作，使該位恢復(fù)為0。

　　RXFE：如果一個帶有接收錯誤(如幀錯誤、奇偶錯誤或間隔中斷)的字符裝入UORBR時，該位置位。

　　O——UORBR中沒有接收錯誤，或UOFCR[O]為0。

　　1——UORBR中包含至少一個UARTO Rx錯誤。

　　另外，還有兩個很重要的寄存器：一個是前面提到的格式控制寄存器UOLCR，另一個是FIFO控制寄存器UOFCR。

　　UOLCR寄存器的描述如下：

　　其中第3位和第4、5位十分重要。

　　奇偶使能：控制是否進行奇偶校驗。如果使能，發(fā)送時將添加一位校驗位。

　　O——禁止奇偶產(chǎn)生和校驗。

　　1——使能奇偶產(chǎn)生和校驗。

　　奇偶選擇：設(shè)置奇偶校驗類型。

　　OO——奇數(shù)(數(shù)據(jù)位+校驗位=奇數(shù))。

　　01——偶數(shù)(數(shù)據(jù)位+校驗位=偶數(shù))。

　　10——校驗位強制為1。

　　11——校驗位強制為O。

　　U0FCR寄存器的描述如下：

　　這里面注意第6、7位。

　　Rx觸發(fā)點設(shè)置：通過設(shè)置這兩位可以調(diào)整接收FIF0中觸發(fā)RDA中斷的有效字節(jié)數(shù)量。

　　00——觸發(fā)點O(1字節(jié))。

　　01——觸發(fā)點1(4字節(jié))。

　　10——觸發(fā)點2(8字節(jié))。

　　11——觸發(fā)點3(14字節(jié))。

3 9位方式多機通信編程實現(xiàn)

　　上面已說明，9位方式多機通信的關(guān)鍵是第9位的編程發(fā)送和第9位的接收和判斷。

　　對于發(fā)送端，利用UOLCR寄存器的設(shè)置便能實現(xiàn)第9位的編程發(fā)送。

　　UOLCR=0x2B; //帶奇偶校驗，強制為l

　　UOLCR=Ox3B; //帶奇偶校驗，強制為O

　　通過以上設(shè)置，只要編程發(fā)送1字節(jié),arm就自動將第9位按程序設(shè)置的0或1發(fā)送出去。

　　難點在于接收端，即接收端把接收到的第9位放到哪了，程序員又如何知道這第9位是0還是1。

　　其實，ARM并不像51單片機那樣把接收到的第9位數(shù)據(jù)自動裝入SCON的RB8。實際上，ARM并沒有這樣的寄存器SCON，也沒有RB8位。要實現(xiàn)判斷第9位為1或0，只能利用arm串口通信的奇偶校驗功能!

　　具體思路如下：

　　①設(shè)置奇偶校驗使能;

　?、诰幊套x取UOLSR寄存器的PE位(具體含義見UOLSR寄存器的描述部分);

　?、劬幊膛袛嗍盏降膌字節(jié)中有多少個“1”，并設(shè)置一標志PP;

　?、軐⑸鲜鰳酥九cPE位比較處理;

　　⑤比較的結(jié)果就正確表示了第9位是“O”，還是“1”。

　　按照以上思路，可有效實現(xiàn)第9位的判斷。下面給出相應(yīng)的程序代碼：

　　上述程序中變量u9就是得到的第9位標志：

　　當u9=OxFF時，說明第9位為1;

　　當u9=OxFE時，說明第9位為O。

　　還需注意的是，接收端奇偶校驗設(shè)置成偶校驗還是奇校驗，要根據(jù)后面程序中標志pp的設(shè)置而定。

　　4 總 結(jié)

　　本設(shè)計方案巧妙地應(yīng)用arm串口通信奇偶校驗功能，實現(xiàn)了9位方式的多機通信，并在相關(guān)課題中成功應(yīng)用，而且保證了通信的可靠性。