摘 要： 本文介紹了一種基于VK3X芯片實現嵌入式手持設備擴展串口的設計方案，并給出了嵌Linux下驅動設計的方法和編程考。 關鍵字： 嵌入式手持設備 VK3X UART 串口擴展 Linux驅動 　　隨著嵌入式手持設備的功能增強，CPU/DSP需要與更多的功能模塊連接，常見的諸如藍牙模塊，GPS模塊，GSM模塊，紅外模塊，讀卡器模塊等大多采用UART與CPU接口，而目前的CPU大多只提供2-3個串口，在設計中往往還需要留一個UART作為調試口，實際只有1-2個UART能用于連接外設模塊，因此需要對CPU進行UART串口擴展。 　　傳統(tǒng)的UART芯片因為尺寸，功耗等原因并不能完全滿足手持設備的需要?？紤]到手持設備對芯片的尺寸，功耗均有較嚴格的要求，本設計中選用專門為手持設備提供的1.8v低電壓 VK3X系列QFN封裝UART 產品作為串口擴展芯片。 1.VK3X 系列低電壓UART器件的功能特點及原理架構介紹： 　　低電壓版的VK3X系列UART支持1.8V-3.3V工作電壓，-45℃ 到 +85℃工作溫度，每個子通道支持最高1Mbps的傳輸 速率，支持休眠及自動喚醒功能，最低休眠電流僅為90uA。 采用QFN24（4x4x0.8mm）和QFN32 （5x5x0.8mm）超小封裝，完全滿足手持設備的設計要求。 　　VK3X系列 UART的原理框圖如下 　　VK3X系列內部結構包括主機接口，子通道部分，MODEM控制邏輯，中斷控制邏輯幾部分。 　　主機接口為VK3X與CPU/DSP相連的接口，通過M1，MO模式選擇信號線，可以分別選擇8位并行總線，SPI總線，UART,IIC四種接口模式與主機相連。 　　MODEM控制邏輯用于與MODEM相連時的狀態(tài)信號線的監(jiān)控和控制。 　　中斷控制邏輯用于產生和控制各種內部中斷。 　　時鐘發(fā)生器為芯片的提供時鐘，可以用CLKSEL引線選擇從晶振還外部時鐘源獲取時鐘。 　　多主機總線接口可以根據實際設計需要選擇配置。 2． 基于VK3X的嵌入式手持設備擴展串口硬件設計： 　　2.1 UART、IIC總線擴展低速串口設計 （手持GPS設備） 　　VK3X的UART主機接口模式創(chuàng)新的實現了將一個標準3線異步串口（UART）擴展成為2～4個通道的串口（UART），為需要擴展串口的嵌入式系統(tǒng)提供了一個最簡潔的解決方案，應用于對速度要求不高的現有方案擴展升級多串口的應用中。 　　IIC總線主機接口模式實現了IIC擴展橋接2-4個通道的UART，適合對串口速度要求不高，MCU的IO有限的應用（如GPS）中。 　　本設計中采用VK302擴展2路低速串口，主接口有IIC和UART兩種接口可以選擇。嵌入式平臺中的DSP/CPU通過IIC或UART總線與VK302相連，擴展出來的二個子串口分別連接低速的GPS模塊和觸摸屏模塊。 　　2.2 SPI總線擴展高速串口設計 （GPS智能手機） 　　SPI總線主機接口模式可以通過高速的SPI同步串行口擴展2-4個通道的高速串口UART，廣泛應用于帶SPI同步串行接口的CPU,DSP擴展高速UART串口設計。 　　本設計中VK304主機接口工作在最高5Mbps的SPI總線從模式下，擴展出的4個子串口分別連接藍牙模塊（920kbps）, 紅外收發(fā)器（115.2kbps）,CDMA/GPRS模塊（230kbps）,GPS模塊（9.6kbps）。在設計中，為保證數據傳輸的可靠性，CDMA/GPRS于VK3X之間應用了硬件流量控制機制，通過RTS1,CTS1來實現硬件流量控制。 　　2.3 SPI/8位并行總線擴展高速串口及IO （智能雙模手機） 　　VK3X的8位并行總線接口模式針對嵌入式產品特點，采用了管腳復用設計減少了引腳，并通過精簡寄存器結構設計簡化軟件設計，可以替代16C55X系列產品應用于8位，16位，32位CPU擴展外部串口。用于并口輸入的IO也可以復用為GPIO，為系統(tǒng)提供IO擴展功能。適用于同時需要串口擴展和IO擴展的系統(tǒng)中。 　　在本設計中使用VK3368進行串口擴展和IO擴展。在雙模手機設計中，需要同時連接CDMA和GPRS兩種無線模塊，在CPU與模塊之間，除了TX、RX、RTS、CTS之外，還需要連接DTR、DCD等握手信號。DCD信號用于模塊是處于數據傳送狀態(tài)還是處于AT命令傳送狀態(tài)，DTR信號用來通知模塊傳送工作已經結束（掛斷）。此處通過VK3368擴展出的GPIO實現握手信號的連接。 3．VK3X系列UART在Linux下的串口驅動設計 　　目前，Linux以其開放的特性已經廣泛的應用到手持設備中，Linux2.6是目前應用較廣的版本，在Linux2.6中，采用了新的drivers/serial/serial_core.c 基礎構架，更易于開發(fā)驅動程序，也很方便移植到其它版本的Linux中。下面以基于ARM9（S3C2440）的Linux（2.6內核）平臺為例，介紹采用SPI總線接口的VK3X的串口驅動設計示例 ： 　　VK3X驅動中包含的頭文件： 　　#include 　　#include 　　#include 　　#include 　　#include 　　#include 　　#include 　　#include 　　#include ; 　　#include "serial_vk32xx.h" 　　初始化SPI函數： 　　inline void setup_spi（void） 　　｛ 　　SPCON0=SPCON_MSTR|SPCON_ENSCK; 　　SPPRE0=0x04;//set bandrate 　　write_gpio_bit（VK32_CS,1）; 　?。? 　　SPI發(fā)送函數： 　　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; 　?。? 　　寫VK3X寄存器函數： 　　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）; 　?。? 　　讀VK3X寄存器函數： 　　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函數: 　　static int vk32xx_startup（struct uart_port ＊port, struct uart_info ＊info） 　　接收數據函數 　　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; 　　…… 　?。? 　　發(fā)送數據函數 　　static void vk32xx_tx_chars（struct uart_info ＊info） 　　｛ 　　struct uart_port ＊ port = info->port; 　　uint8_t ssr; 　　…… 　?。? 　　VK3X中斷處理函數 　　static void vk32xx_int（int irq, void ＊dev_id, struct pt_regs ＊regs） 　　改變VK3X通信速度函數 　　static void vk32xx_change_speed（struct uart_port ＊port, u_int cflag, u_int iflag, u_int quot） 　　數據收發(fā)相關函數： 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） 　　控制相關函數： 　　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） 　　子通道操作相關函數： 　 　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） 　　驅動的接口結構如下： 　　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, 　　｝; 結束語 　　嵌入式手持設備需要越來越多的串口外設，在CPU自帶的UART串口通道不夠的情況下，需要進行串口擴展。針對嵌入式手持設備要求芯片小尺寸，低功耗，低電壓的需求，選用低電壓版本的VK3X進行串口擴展設計。在硬件設計上，根據不同應用，可以選用本文提供的低速串口擴展，高速串口擴展、高速串口及IO擴展等不同的參考設計方案。在驅動軟件方面，可以參考本文提供的Linux驅動設計參考進行驅動設計。 參考文獻： 　　 www.vkic.com/DataSheetFiles/ 　　 www.vkic.com/DataSheetFiles/vk3x_linux_drv.rar 　　The Serial Driver Layer" by Greg Kroah-Hartman, www.linux.it/～rubini/docs/serial/serial.html