在CPLD管理下實現高效多串口中斷源
發布時間:2008/5/26 0:00:00 訪問次數:666
    
    
    來源:單片機與嵌入式系統應用 作者:四川大學 黃 鄭 夏建剛
    
    摘要:針對嵌入式系統的精簡特性,提出一種通過1個中斷源高效管理多個串行口的有效方法,不但節省系統資源,而且實現了多個串行口中斷的無漏檢測與服務。
    
    關鍵詞:嵌入式系統 rs232 多串口 cpld 中斷
    
    近幾年來,隨著后pc時代的來臨,具有簡潔、高效等特點的嵌入式系統得到了飛速的發展。嵌入式技術發展到今天已將各種計算機技術多層次、多方面的交叉融合在了一起。嵌入式系統加快了工業設計進程,降低了開發成本及其風險,使用簡便,擴展靈活,高效精簡,可方便地應用于各工業領域。
    
    中斷請求采用邊沿觸發來進行中斷檢測,通過將信號送到特定的引線來檢測中斷。每條引線對應一個可能的硬件中斷,因為系統不能辨認哪個設備使用中斷線,所以當多個1個的設備被設置成使用同一個特定中斷時就產生了混亂。中斷產生時,由專用的中斷程序接管系統,首先把所有的cpu寄存器內容保存到堆棧里,并引導系統指向中斷向量表。在中斷程序執行后的一段時間中,中斷控制軟件把堆棧內容返回給寄存器,系統恢復中斷發生之前 的狀態。如此段時間中又有中斷請求,將造成中斷的設備判斷混亂,從而會造成中斷沖突、丟失,甚至使得設置無法正常工作。因此,每個中斷通常被分配給單一的設備,使中斷無法共享。
    
    傳統方法中,擴展多個串行口是利用多個中斷源;但在嵌入式系統中,花費大量的中斷源來擴展串口無疑是大量的資源浪費。針對這種情況,為了節省緊張的系統資源,本文提出一種實現高效多串口中斷方案,可以利用單一的中斷源來管理多個擴展串口,并保證多個串口中斷的無漏檢測與服務。
    
    1 總體設計方案
    
    基本原理結構如圖1所示。rs232串口通過驅動芯片max202轉換成ttl電平,通過串口異步通信器件16c554輸出中斷請求,通過或門獲得多個串口的中斷請求intreq,再通過cpld與中斷控制器相連接。中斷線intreq通過cpld主要是在cpld中做了一個1位的控制寄存器inten,用作中斷允許控制位,并且根據16c554的中斷請求intreq和inten的狀態來最終生成dly_irq,向cpu發出請求。cpu實時響應中斷請求dly_irq。在中斷服務過程中,cpu按順序逐個檢查多個擴展的串口中斷源,有中斷請求的就給予服務。當剛剛檢查過的中斷又出現時,一方面靠cpld中的一位寄存器intreq鎖存;另一方面,當上一中斷服務完畢時,cpld中的8位狀態機保證了一定時間的延遲。此延時中,中斷控制把堆棧內容返回給cpu寄存器,恢復能獲得響應。這樣,即使在多個串口中斷密集發生的環境下,擴展的多個串行口仍可獲得實時性和可靠性較高的中斷響應。
    
    
    
    2 硬件實現
    
    (1)max202
    
    maxim公司的max202芯片是標準的rs232電平轉換器,是符合rs232通信標準的接口芯片;功耗低,集成度高,只用單一5v電源,每片有2個驅動器和2個接收器,具有2組接收和發送通道;全部接口電路簡單,可靠性高,可實現ttl電平和rs232電平的直接轉換。
    
    (2)16c554
    
    16c554是集成異步通信元件。在fifo模式,傳輸和接收前數據緩沖為16字節數據包,減了cpu的中斷數量。包含4個改良16c550異步傳輸器件,使得串行i/o更加可靠。每個信道實現串行和并行2種連接方式的轉換;每個信道的狀態可以通過cpu的操作讀取,可以獲取操作情況或任何的錯誤狀態。三態輸出為雙向數據總線和控制總線提供ttl驅動能力、優先級中斷系統控制、可編程的串行接口特性。
    
    (3)8259a
    
    8259a是可編程的中斷控制芯片。每塊芯片可管理8級向量中斷,具有8條中斷請求輸入線irq0~irq7,1條外中斷請求輸出線;具有4種主要工作方式,即全嵌套、循環優先級、特定屏蔽和程序查詢方式;同時,還有4種從屬工作方式,即結束中斷、讀狀態、中斷請求
    
    
    來源:單片機與嵌入式系統應用 作者:四川大學 黃 鄭 夏建剛
    
    摘要:針對嵌入式系統的精簡特性,提出一種通過1個中斷源高效管理多個串行口的有效方法,不但節省系統資源,而且實現了多個串行口中斷的無漏檢測與服務。
    
    關鍵詞:嵌入式系統 rs232 多串口 cpld 中斷
    
    近幾年來,隨著后pc時代的來臨,具有簡潔、高效等特點的嵌入式系統得到了飛速的發展。嵌入式技術發展到今天已將各種計算機技術多層次、多方面的交叉融合在了一起。嵌入式系統加快了工業設計進程,降低了開發成本及其風險,使用簡便,擴展靈活,高效精簡,可方便地應用于各工業領域。
    
    中斷請求采用邊沿觸發來進行中斷檢測,通過將信號送到特定的引線來檢測中斷。每條引線對應一個可能的硬件中斷,因為系統不能辨認哪個設備使用中斷線,所以當多個1個的設備被設置成使用同一個特定中斷時就產生了混亂。中斷產生時,由專用的中斷程序接管系統,首先把所有的cpu寄存器內容保存到堆棧里,并引導系統指向中斷向量表。在中斷程序執行后的一段時間中,中斷控制軟件把堆棧內容返回給寄存器,系統恢復中斷發生之前 的狀態。如此段時間中又有中斷請求,將造成中斷的設備判斷混亂,從而會造成中斷沖突、丟失,甚至使得設置無法正常工作。因此,每個中斷通常被分配給單一的設備,使中斷無法共享。
    
    傳統方法中,擴展多個串行口是利用多個中斷源;但在嵌入式系統中,花費大量的中斷源來擴展串口無疑是大量的資源浪費。針對這種情況,為了節省緊張的系統資源,本文提出一種實現高效多串口中斷方案,可以利用單一的中斷源來管理多個擴展串口,并保證多個串口中斷的無漏檢測與服務。
    
    1 總體設計方案
    
    基本原理結構如圖1所示。rs232串口通過驅動芯片max202轉換成ttl電平,通過串口異步通信器件16c554輸出中斷請求,通過或門獲得多個串口的中斷請求intreq,再通過cpld與中斷控制器相連接。中斷線intreq通過cpld主要是在cpld中做了一個1位的控制寄存器inten,用作中斷允許控制位,并且根據16c554的中斷請求intreq和inten的狀態來最終生成dly_irq,向cpu發出請求。cpu實時響應中斷請求dly_irq。在中斷服務過程中,cpu按順序逐個檢查多個擴展的串口中斷源,有中斷請求的就給予服務。當剛剛檢查過的中斷又出現時,一方面靠cpld中的一位寄存器intreq鎖存;另一方面,當上一中斷服務完畢時,cpld中的8位狀態機保證了一定時間的延遲。此延時中,中斷控制把堆棧內容返回給cpu寄存器,恢復能獲得響應。這樣,即使在多個串口中斷密集發生的環境下,擴展的多個串行口仍可獲得實時性和可靠性較高的中斷響應。
    
    
    
    2 硬件實現
    
    (1)max202
    
    maxim公司的max202芯片是標準的rs232電平轉換器,是符合rs232通信標準的接口芯片;功耗低,集成度高,只用單一5v電源,每片有2個驅動器和2個接收器,具有2組接收和發送通道;全部接口電路簡單,可靠性高,可實現ttl電平和rs232電平的直接轉換。
    
    (2)16c554
    
    16c554是集成異步通信元件。在fifo模式,傳輸和接收前數據緩沖為16字節數據包,減了cpu的中斷數量。包含4個改良16c550異步傳輸器件,使得串行i/o更加可靠。每個信道實現串行和并行2種連接方式的轉換;每個信道的狀態可以通過cpu的操作讀取,可以獲取操作情況或任何的錯誤狀態。三態輸出為雙向數據總線和控制總線提供ttl驅動能力、優先級中斷系統控制、可編程的串行接口特性。
    
    (3)8259a
    
    8259a是可編程的中斷控制芯片。每塊芯片可管理8級向量中斷,具有8條中斷請求輸入線irq0~irq7,1條外中斷請求輸出線;具有4種主要工作方式,即全嵌套、循環優先級、特定屏蔽和程序查詢方式;同時,還有4種從屬工作方式,即結束中斷、讀狀態、中斷請求