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VK3X多总线UART在嵌入式手持设备中扩展串口及Linux驱动设计
发布者:admin  发布时间:2011-6-10

摘要: 本文介绍了一种基于VK3X芯片实现嵌入式手持设备扩展串口的设计方案,并给出了嵌Linux下驱动设计的方法和编程参考。 
关键字 嵌入式手持设备 VK3X UART 串口扩展 Linux驱动

随着嵌入式手持设备的功能增强,CPU/DSP需要与更多的功能模块连接,常见的诸如蓝牙模块,GPS模块,GSM模块,红外模块,读卡器模块等大多采用UARTCPU接口,而目前的CPU大多只提供2-3个串口,在设计中往往还需要留一个UART作为调试口,实际只有1-2UART能用于连接外设模块,因此需要对CPU进行UART串口扩展。

传统的UART芯片因为尺寸,功耗等原因并不能完全满足手持设备的需要。考虑到手持设备对芯片的尺寸,功耗均有较严格的要求,本设计中选用专门为手持设备提供的1.8v低电压 VK3X系列QFN封装UART 产品作为串口扩展芯片。

1.VK3X 
系列低电压UART器件的功能特点及原理架构介绍:
低电压版的VK3X系列UART支持1.8V-3.3V工作电压,-45  +85工作温度,每个子通道支持最高1Mbps的传输速率,支持休眠及自动唤醒功能,最低休眠电流仅为90uA 采用QFN244x4x0.8mm)和QFN32 (5x5x0.8mm)超小封装,完全满足手持设备的设计要求。

VK3X
系列 UART的原理框图如下 

VK3X系列内部结构包括主机接口,子通道部分,MODEM控制逻辑,中断控制逻辑几部分。
主机接口为VK3XCPU/DSP相连的接口,通过M1MO模式选择信号线,可以分别选择8位并行总线,SPI总线,UART,IIC四种接口模式与主机相连。
MODEM
控制逻辑用于与MODEM相连时的状态信号线的监控和控制。
中断控制逻辑用于产生和控制各种内部中断。
时钟发生器为芯片的提供时钟,可以用CLKSEL引线选择从晶振还是外部时钟源获取时钟。
多主机总线接口可以根据实际设计需要选择配置。


2
 基于VK3X的嵌入式手持设备扩展串口硬件设计:

2.1  UART
IIC总线扩展低速串口设计 (手持GPS设备)
VK3X
UART主机接口模式创新的实现了将一个标准3线异步串口(UART)扩展成为24个通道的串口(UART),为需要扩展串口的嵌入式系统提供了一个最简洁的解决方案,应用于对速度要求不高的现有方案扩展升级多串口的应用中。

IIC
总线主机接口模式实现了IIC扩展桥接2-4个通道的UART,适合对串口速度要求不高,MCUIO有限的应用(如GPS)中。 

本设计中采用VK302扩展2路低速串口,主接口有IICUART两种接口可以选择。嵌入式平台中的DSP/CPU通过IICUART总线与VK302相连,扩展出来的二个子串口分别连接低速的GPS模块和触摸屏模块。

2.2 SPI
总线扩展高速串口设计 GPS智能手机)
SPI
总线主机接口模式可以通过高速的SPI同步串行口扩展2-4个通道的高速串口UART,广泛应用于带SPI同步串行接口的CPU,DSP扩展高速UART串口设计。
 
本设计中VK304主机接口工作在最高5MbpsSPI总线从模式下,扩展出的4个子串口分别连接蓝牙模块(920kbps红外收发器(115.2kbps,CDMA/GPRS模块(230kbps,GPS模块(9.6kbps)。在设计中,为保证数据传输的可靠性,CDMA/GPRSVK3X之间应用了硬件流量控制机制,通过RTS1,CTS1来实现硬件流量控制。

2.3 SPI/8位并行总线扩展高速串口及IO (智能双模手机)
VK3X
8位并行总线接口模式针对嵌入式产品特点,采用了管脚复用设计减少了引脚,并通过精简寄存器结构设计简化软件设计,可以替代16C55X系列产品应用于8位,16位,32CPU扩展外部串口。用于并口输入的IO也可以复用为GPIO,为系统提供IO扩展功能。适用于同时需要串口扩展和IO扩展的系统中。
在本设计中使用VK3368进行串口扩展和IO扩展。在双模手机设计中,需要同时连接CDMAGPRS两种无线模块,在CPU与模块之间,除了TXRXRTSCTS之外,还需要连接DTRDCD等握手信号。DCD信号用于模块是处于数据传送状态还是处于AT命令传送状态,DTR信号用来通知模块传送工作已经结束(挂断)。此处通过VK3368扩展出的GPIO实现握手信号的连接。

 

3VK3X系列UARTLinux下的串口驱动设计
目前,Linux以其开放的特性已经广泛的应用到手持设备中,Linux2.6是目前应用较广的版本,在Linux2.6中,采用了新的drivers/serial/serial_core.c 基础构架,更易于开发驱动程序,也很方便移植到其它版本的Linux中。下面以基于ARM9S3C2440)的Linux2.6内核)平台为例,介绍采用SPI总线接口的VK3X的串口驱动设计示例 
VK3X
驱动中包含的头文件:
#include <linux/config.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/console.h>
#include <linux/serial_core.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/hardware.h>
#include "serial_vk32xx.h"
初始化SPI函数:
inline  void setup_spi(void)
{
    SPCON0=SPCON_MSTR|SPCON_ENSCK;
        SPPRE0=0x04;//set bandrate
         write_gpio_bit(VK32_CS,1);        
}
SPI
发送函数:
uint8_t spi_send_byte(uint8_t dat)
{
    write_gpio_bit(VK32_CS,0);
     SPTDAT0=dat;
    while(!(SPSTA0&SPSTA_READY));
    write_gpio_bit(VK32_CS,1);
    return SPRDAT0;
}
VK3X寄存器函数:
void vk3xxx_write_reg(uint8_t port,uint8_t reg,uint8_t dat)
{
    spi_send_byte(0x80|((port-1)<<5)|(reg<<1));
    spi_send_byte(dat);
}
VK3X寄存器函数:
uint8_t vk3xxx_read_reg(uint8_t port,uint8_t reg)
{
    spi_send_byte(((port-1)<<5)+(reg<<1));
    return spi_send_byte(0x00);
}
初始化VK3X函数:
static int vk32xx_startup(struct uart_port *port, struct uart_info *info)

接收数据函数
static void
vk32xx_rx_chars(struct uart_info *info, struct pt_regs *regs)
{
    uint8_t ssr;
    struct tty_struct *tty = info->tty;
    unsigned int ch, flg, ignored = 0;
    struct uart_port *port = info->port;
  ……
}
发送数据函数
static void vk32xx_tx_chars(struct uart_info *info)
{
    struct uart_port * port = info->port;
    uint8_t ssr;
    ……
}
VK3X
中断处理函数
static void vk32xx_int(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
改变VK3X通信速度函数
static void vk32xx_change_speed(struct uart_port *port, u_int cflag, u_int iflag, u_int quot)
数据收发相关函数:
static void vk32xx_stop_tx(struct uart_port *port, u_int from_tty)
static void vk32xx_start_tx(struct uart_port *port, u_int nonempty, u_int from_tty)
static void vk32xx_stop_rx(struct uart_port *port)
控制相关函数:
static int vk32xx_startup(struct uart_port *port, struct uart_info *info)
static void vk32xx_shutdown(struct uart_port *port, struct uart_info *info)
static void vk32xx_change_speed(struct uart_port *port, u_int cflag, u_int iflag, u_int quot)
子通道操作相关函数:
static void vk32xx_config_port(struct uart_port *port, int flags)
static int vk32xx_verify_port(struct uart_port *port, struct serial_struct *ser)
static void vk32xx_init_ports(void)

驱动的接口结构如下:
static struct uart_ops vk32xx_pops = {
    tx_empty:    vk32xx_tx_empty,
    set_mctrl:    vk32xx_set_mctrl,
    get_mctrl:    vk32xx_get_mctrl,
    stop_tx:    vk32xx_stop_tx,
    start_tx:    vk32xx_start_tx,
    stop_rx:    vk32xx_stop_rx,
    enable_ms:    vk32xx_enable_ms,
    break_ctl:    vk32xx_break_ctl,
    startup:    vk32xx_startup,
    shutdown:    vk32xx_shutdown,
    change_speed:    vk32xx_change_speed,
    type:        vk32xx_type,
    release_port:    vk32xx_release_port,
    request_port:    vk32xx_request_port,
    config_port:    vk32xx_config_port,
    verify_port:    vk32xx_verify_port,
}; 

结束语
嵌入式手持设备需要越来越多的串口外设,在CPU自带的UART串口通道不够的情况下,需要进行串口扩展。针对嵌入式手持设备要求芯片小尺寸,低功耗,低电压的需求,选用低电压版本的VK3X进行串口扩展设计。在硬件设计上,根据不同应用,可以选用本文提供的低速串口扩展,高速串口扩展、高速串口及IO扩展等不同的参考设计方案。在驱动软件方面,可以参考本文提供的Linux驱动设计参考进行驱动设计。

参考文献: 
<VK3X
系列产品数据手册>           www.vkic.com/DataSheetFiles/ 
<VK3X linux 
驱动编程参考>  www.vkic.com/DataSheetFiles/vk3x_linux_drv.rar 

 

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