專利名稱：一種基于嵌入式mcu的信道擴展方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于嵌入式MCU的信道擴展方法。
背景技術：
隨著現(xiàn)在電子產品的功能越來越強大，產品內外圍設備越來越多，同時板內MCU與外圍設備的通信數(shù)據量越來越大，實時度要求也越來越高。而常見通信方式中，由于UART的簡單易用，被各功能模塊廣泛使用，例如藍牙模塊、GPS模塊、DVD機芯、數(shù)字電視模塊、開發(fā)調試接口等等，、往往會導致主控MCU的UART資源數(shù)量告急，導致同時支持的外圍模塊有限，從而影響整機功能的豐富，降低產品競爭力。目前市面上有少數(shù)的集成IC方案，可以做信道擴展，但是由于市場用量小，貨源不穩(wěn)定，價格很高，同時由于擴展有限，并且通信處理能力固化，設計靈活度很低。另外，幾乎沒有符合汽車級應用的集成解決方案。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有MCU的UART端口不足的問題，本發(fā)明提供一種基于嵌入式MCU的信道擴展技術的設計方案。一種基于嵌入式MCU的信道擴展方法，設置有主控MCU及與其連接的擴展MCU，通過軟件在擴展MCU上設置模擬UART端口和實現(xiàn)主控MCU與擴展MCU間的通訊機制，并通過物理UART端口和模擬UART端口與外部設備連接，主控MCU通過SPI和擴展MCU連接，主控MCU和擴展MCU都為與每個UART端口建立對應的數(shù)據緩沖區(qū)，包括數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)和數(shù)據接收緩沖區(qū)，并定義對應的UART端口標志位。具體的，所述模擬UART通過高速IO端口模擬UART時序實現(xiàn)。更具體的，其實現(xiàn)步驟為
(1)擴展MCU若收到來自外部設備的一完整數(shù)據幀后，將數(shù)據幀存入對應UART端口的數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)；
(2)擴展MCU檢測到某個數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)有來自外部設備的待發(fā)送的數(shù)據幀時，將對應的UART端口標志位和幀長度的信息寫入數(shù)據幀的幀頭，通過SPI將數(shù)據發(fā)送給主控MCU，主控MCU通過對應的數(shù)據緩接收沖區(qū)接收該數(shù)據幀；
(3)主控MCU將要發(fā)送給連接到某一UART端口的外部設備的數(shù)據存到數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)，當檢測到數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)有完整的數(shù)據幀時，則將對應UART標志位及幀長度信息寫入數(shù)據幀的幀頭，通過SPI發(fā)送到擴展MCU，擴展MCU通過對應的數(shù)據接收緩沖區(qū)接收該數(shù)據幀；
(4)當擴展MCU檢測到數(shù)據接收緩沖區(qū)有來自主控MCU的數(shù)據幀時，將數(shù)據幀的端口標志位和幀長度信息刪除并將數(shù)據幀存入對應的數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)，通過對應的UART將數(shù)據幀發(fā)送給外部設備。優(yōu)選的，所述數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)以及數(shù)據接受緩沖區(qū)的大小可自定義。
優(yōu)選的，每個UART端口的數(shù)據緩沖區(qū)均設置有用于記錄該端口優(yōu)先級的優(yōu)先級信道占用標志以及表示該端口數(shù)據量的緩沖區(qū)數(shù)據量信道占用標志，主控MCU通過上述兩個信道占用標志采用優(yōu)先級信道分配和緩沖區(qū)數(shù)據量信道分配兩種方式分配通信的每個端口的對SPI信道的使用。進一步的，主控MCU通過時間片分配方式在優(yōu)先級信道分配和緩沖區(qū)數(shù)據量信道分配兩種信道分配方式之間切換。更進一步的，主控MCU與擴展MCU通訊的數(shù)據幀設置有用于校驗數(shù)據幀的校驗碼；主控MCU與擴展MCU中接收方收到發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據幀后根據校驗碼進行數(shù)據校驗，若通過數(shù)據校驗則校驗碼反饋給發(fā)送方，若校驗異常則發(fā)送錯誤碼給發(fā)送方，若發(fā)送方發(fā)完一幀數(shù)據后在設定的時延內沒有收到接收方的應答或者收到錯誤碼，則重發(fā)該幀數(shù)據。優(yōu)選的，數(shù)據幀長度為小于或等于30字節(jié)。綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果(I)利用很少的硬件投入實現(xiàn)信道擴展，大大降低了研發(fā)成本以及產品的成本。(2)通過軟件模擬，實現(xiàn)靈活擴展UART接口 ；(3)通信十分穩(wěn)定可靠。


圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意 圖2為本發(fā)明主控MCU和擴展MCU間通信用數(shù)據幀的結構示意圖；
圖3為信道分配方式示意圖。
具體實施例方式為了讓本領域的技術人員能夠更好地了解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的闡述。如圖I所示，一種基于嵌入式MCU的信道擴展方法，設置有主控MCU及與其連接的擴展MCU，通過軟件在擴展MCU上設置模擬UART端口和實現(xiàn)主控MCU與擴展MCU間的通訊機制，并通過物理UART端口和模擬UART端口與外部設備連接，主控MCU通過SPI和擴展MCU連接。所述模擬UART通過高速IO端口模擬UART時序實現(xiàn)。本實施例中擴展MCU帶有三個物理UART端口和三個模擬的UART端口。由于SPI與UART數(shù)據傳輸速度不一致，并且6個UART端口的都要通過唯一的SPI接口與主控MCU數(shù)據交互，因此，本發(fā)明主控MCU和擴展MCU都為與每個UART端口建立對應的數(shù)據緩沖區(qū)，包括數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)和數(shù)據接收緩沖區(qū)，并定義對應的UART端口標志位，由此解決由于數(shù)據阻塞而引起的數(shù)據丟失的問題。同時，為了滿足不同的工作狀態(tài)，各個數(shù)據緩沖區(qū)的大小均可自定義。在進行通信時，其通信的實現(xiàn)步驟為
(I)擴展MCU若收到來自外部設備的一完整數(shù)據幀后，將數(shù)據幀存入對應UART端口的數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)(本實施例的數(shù)據緩沖區(qū)均使用FIFO機制)；(2)擴展MCU檢測到某個數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)有來自外部設備的待發(fā)送的數(shù)據幀時,將對應的UART端口標志位和幀長度的信息寫入數(shù)據幀的幀頭(數(shù)據幀的結構如圖2所示)，通過SPI將數(shù)據發(fā)送給主控MCU，主控MCU通過對應的數(shù)據緩接收沖區(qū)接收該數(shù)據幀；(3)主控MCU將要發(fā)送給連接到某一UART端口的外部設備的數(shù)據存到數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)，當檢測到數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)有完整的數(shù)據幀時，則將對應UART標志位及幀長度信息寫入數(shù)據幀的幀頭，通過SPI發(fā)送到擴展MCU，擴展MCU通過對應的數(shù)據接收緩沖區(qū)接收該數(shù)據幀；(4)當擴展MCU檢測到數(shù)據接收緩沖區(qū)有來自主控MCU的數(shù)據幀時，將數(shù)據幀的端口標志位和幀長度信息刪除并將數(shù)據幀存入對應的數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)，通過對應的UART將數(shù)據幀發(fā)送給外部設備。由于多個UART端口共用一個SPI信道，一般慣用的對比優(yōu)先級來決定哪個UART端口占用SPI信道的方法也無法很好地解決通信堵塞等問題，由此，本發(fā)明的技術方案中，每個UART端口的數(shù)據緩沖區(qū)均設置有用于記錄該端口優(yōu)先級的優(yōu)先級信道占用標志以及表示該端口緩沖區(qū)數(shù)據量的緩沖區(qū)數(shù)據量信道占用標志，主控MCU通過上述兩個信道占用標志采用優(yōu)先級信道分配和緩沖區(qū)數(shù)據量信道分配兩種方式分配通信的每個端口的對SPI信道的使用。優(yōu)先級信道分配和緩沖區(qū)數(shù)據量信道分配兩種信道分配方式之間切換由主控MCU通過時間片分配方式來確定，如圖3所示，在一個時間長度為10的周期中的，前8個時間長 度使用優(yōu)先級信道分配方式，后兩個時間長度使用緩沖區(qū)數(shù)據量信道分配方式。兩個不同的信道分配方式，能夠有效地避免優(yōu)先級較低的UART端口的緩沖區(qū)溢出的問題。為了進一步確保數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?，主控MCU與擴展MCU通訊的數(shù)據幀設置有用于校驗數(shù)據幀的校驗碼，本發(fā)明采用BCC校驗碼，如圖2所示；主控MCU與擴展MCU中接收方收到發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據幀后根據校驗碼進行數(shù)據校驗，若通過數(shù)據校驗則校驗碼反饋給發(fā)送方，若校驗異常則發(fā)送錯誤碼給發(fā)送方，若發(fā)送方發(fā)完一幀數(shù)據后在設定的時延內(如100ms)沒有收到接收方的應答或者收到錯誤碼，不能進行下一幀數(shù)據的發(fā)送，必須重發(fā)該幀數(shù)據。若重發(fā)3次后接收方仍無應答或者返回錯誤碼，則取消數(shù)據發(fā)送并發(fā)出錯誤警報。為了防止超長幀的出現(xiàn)，保證通信質量，限制數(shù)據幀長度不能大于30字節(jié)。本實施例只是本發(fā)明的較優(yōu)實施方式，需要說明的是，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種基于嵌入式MCU的信道擴展方法，設置有主控MCU及與其連接的擴展MCU，通過軟件在擴展MCU上設置模擬UART端口和實現(xiàn)主控MCU與擴展MCU間的通訊機制，并通過物理UART端口和模擬UART端口與外部設備連接，其特征在于，主控MCU通過SPI和擴展MCU連接，主控MCU和擴展MCU都為每個UART端口建立對應的數(shù)據緩沖區(qū)，包括數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)和數(shù)據接收緩沖區(qū)，并定義對應的UART端口標志位。
2.根據權利要求I所述的基于嵌入式MCU的信道擴展方法，其特征在于，所述模擬UART通過高速IO端口模擬UART時序實現(xiàn)。
3.根據權利要求I所述的基于嵌入式MCU的信道擴展方法，其特征在于，其實現(xiàn)步驟為 (1)擴展MCU若收到來自外部設備的一完整數(shù)據幀后，將數(shù)據幀存入對應UART端口的數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)； (2)擴展MCU檢測到某個數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)有來自外部設備的待發(fā)送的數(shù)據幀時，將對應的UART端口標志位和幀長度的信息寫入數(shù)據幀的幀頭，通過SPI將數(shù)據發(fā)送給主控MCU，主控MCU通過對應的數(shù)據緩接收沖區(qū)接收該數(shù)據幀； (3)主控MCU將要發(fā)送給連接到某一UART端口的外部設備的數(shù)據存到數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)，當檢測到數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)有完整的數(shù)據幀時，則將對應UART標志位及幀長度信息寫入數(shù)據幀的幀頭，通過SPI發(fā)送到擴展MCU，擴展MCU通過對應的數(shù)據接收緩沖區(qū)接收該數(shù)據幀； (4)當擴展MCU檢測到數(shù)據接收緩沖區(qū)有來自主控MCU的數(shù)據幀時，將數(shù)據幀的端口標志位和幀長度信息刪除并將數(shù)據幀存入對應的數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)，通過對應的UART將數(shù)據幀發(fā)送給外部設備。
4.根據權利要求3所述的基于嵌入式MCU的信道擴展方法，其特征在于，所述數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)以及數(shù)據接受緩沖區(qū)的大小可自定義。
5.根據權利要求3所述的基于嵌入式MCU的信道擴展方法，其特征在于，每個UART端口的數(shù)據緩沖區(qū)均設置有用于記錄該端口優(yōu)先級的優(yōu)先級信道占用標志以及表示該端口數(shù)據量的緩沖區(qū)數(shù)據量信道占用標志，主控MCU通過上述兩個信道占用標志采用優(yōu)先級信道分配和緩沖區(qū)數(shù)據量信道分配兩種方式分配通信的每個端口的對SPI信道的使用。
6.根據權利要求5所述的基于嵌入式MCU的信道擴展方法，其特征在于，主控MCU通過時間片分配方式在優(yōu)先級信道分配和緩沖區(qū)數(shù)據量信道分配兩種信道分配方式之間切換。
7.根據權利要求3所述的基于嵌入式MCU的信道擴展方法，其特征在于，主控MCU與擴展MCU通訊的數(shù)據幀設置有用于校驗數(shù)據幀的校驗碼； 主控MCU與擴展MCU中接收方收到發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據幀后根據校驗碼進行數(shù)據校驗，若通過數(shù)據校驗則校驗碼反饋給發(fā)送方，若校驗異常則發(fā)送錯誤碼給發(fā)送方，若發(fā)送方發(fā)完一幀數(shù)據后在設定的時延內沒有收到接收方的應答或者收到錯誤碼，則重發(fā)該幀數(shù)據。
8.根據權利要求1、3或7任一項所述的基于嵌入式MCU的信道擴展方法，其特征在于，數(shù)據幀長度為小于或等于30字節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于嵌入式MCU的信道擴展方法，設置有主控MCU及通過SPI與其連接的擴展MCU，通過軟件在擴展MCU上設置模擬UART端口和實現(xiàn)主控MCU與擴展MCU間的通訊機制，主控MCU和擴展MCU都為與每個UART端口建立對應的UART端口標志位及數(shù)據緩沖區(qū)，包括數(shù)據發(fā)送緩沖區(qū)和數(shù)據接收緩沖區(qū)。并使用優(yōu)先級信道分配和緩沖區(qū)數(shù)據量信道分配結合時間片劃分的SPI信道分配方式，有效保障了通信的可靠性。同時，本發(fā)明利用很少的硬件投入，通過軟件模擬，實現(xiàn)靈活擴展UART接口，擴展了信道，大大降低了研發(fā)成本以及產品的成本，而且通信十分穩(wěn)定可靠。
文檔編號G06F13/12GK102750240SQ20121022029
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權日2012年6月29日
發(fā)明者張皓, 肖觀送, 麥志偉 申請人:惠州市德賽西威汽車電子有限公司