隨著計算機網絡的發展，以及現場總線等技術的廣泛使用，串口通訊在各種場合的應用越來越廣泛。在集中控制系統中，需要在多個串口間進行通信，而在一般計算機上，只有1～3個串口，為了實現對多點的控制，需要對串口進行擴展。

ARM芯片是目前在嵌入式系統中應用比較廣泛的一種芯片，由于可以運行操作系統，以及擁有包括LCD、串口通訊、網絡通訊、存儲芯片等大量外圍接口芯片的支持，使得ARM廣泛應用于檢測、通訊、控制等領域。

本文以ARM 920T核的S3C24449芯片作為微控制器，在TQ2440開發板進行串口擴展，利用開發板上的系統總線接口和通用輸入輸出接口分別與擴展串口相連，達到同時與多臺串口設備并行通信的目標。

1 、硬件介紹

1．1 異步通信芯片——TL16C554A

TL16C554A含有4路異步通信單元（Asynchronous Communications Element ACE），每路ACE均可接收外圍設備的串行數據，并將其轉換為并行數據供CPU使用，也可將CPU的并行數據轉換為串行數據發送到外圍設備。

TL16C554A引腳如圖1所示。各主要引腳的功能說明如下：A0—A2用于選擇片內寄存器；D0—D7進行數據傳輸；IOR和IOW進行讀寫；CSA，CSB，CSC，CSD用于選定具體串口；XTAL1，XTAL2可接晶振或外部時鐘信號；INTA，INTB，INTC，INTD為4個獨立外部中斷信號；RXA，RXB，RXC，RXD：串行接收數據；TXA，TXB，TXC，TXD：串行發送數據。

1．2 系統總線接口、GPIO接口

TQ2440開發板以S3C2440芯片作為控制器，主頻400MHz，外擴64 M內存，256 M閃存，并集成了多種接口，本設計中使用開發板上的系統總線接口與GPIO（通用輸入輸出接口）和TL16c554A相連。

1．2．1 系統總線接口

本開發板上的系統總線接口中共包含8根地址線（A0～A6，A24），16根數據線（DATA0～DATA15），4個中斷，4個片選等信號，該總線接口集成了IDE所需的所有引出點，方便用戶擴展，接口電路如圖2所示。

1．2．2 GPIO接口

GPIO是通用輸入輸出口的簡稱，本開發板帶有一個40Pin 2．0 mm間距的GPIO接口，如圖3所示。不僅包含很多富余的GPIO引腳，還包含了一些其他CPU引腳，如AIN0～AIN3，CLKOUT等。如SPI接口、I2C接口、LED1～LED4（實際就是GPB5～GPB8），它們其實也是GPIO，不過是以特殊功能接口來標稱定義的，這些都可以通過相應的CPU寄存器來設置更改它們的用途。

2、 硬件設計

在硬件設計中，將TQ2440開發板擴展口的地址線ADDR0，ADDR1，ADDR2與16C554A的A0，A1，A2直接相連，TL16C554A芯片A0，A1，A2的不同的組合代表芯片內不同的寄存器。

在與TL16C554A的連接中，由于TL16C554A只有8位，只需TL16C554A的D0～D7和開發板的DATA0～DATA7相連。讀寫信號直接相連（開發板的nOE、nWE分別與串口的IOE、IOW直連）。由于16C554芯片啟動要有一定的寬度的脈沖，可以從GPA 12輸出一定的寬度的脈沖來完成。

每片16C554A可以將數據總線上的數據和4個串行端口的數據進行相互的轉化，兩片16C554A芯片共有8個串行口，通過3根地址線ADDR4，ADDR5，ADDR24經過74LS138選擇8個串口中的任意一個。

因為方案采用中斷方式，所以將NSEL置高位，即允許芯片中斷。16C554A有INTA、INTB、INTC、IN TD4個中斷線，第一片擴展串口與系統總線的EINT1，EINT2，EINT5，EINT6相連，第二片擴展串口與GPIO中的EINT11，EINT13，EINT15，EIN39中斷相連，使得任一片芯片的任意的端口都能產生中斷。

S3C2440的A0，A1，A2，A4，A5，A24通過不同組合可以選擇8個不同的端口。nGCS5與74LS138譯碼器片選腳相連，根據S3C2440對地址空間的定義，這樣就確定了第一片16C554A擴展芯片4個端口的訪問地址為0X28000000，0X28000010，0X28000020，0X28000030，第二片16C554A擴展芯片4個端口的訪問地址為0X29000000，0X29000010，0X29000020，0X29000030，根據端口基地址就可以確定片內的各個寄存器地址。具體連接如圖4所示。

3、 驅動程序移植

軟件設計主要是為設備編寫驅動程序。設備驅動是介于硬件和操作系統之間的軟件接口，主要功能包括：探測和初始化設備；從設備接收數據并提交給內核；從內核接收數據送到設備；檢測和處理設備錯誤。

串口驅動程序從上到下分為4層：終端設備層、行規程、串口抽象層、串口芯片層。其中，串口芯片層與具體的芯片相關，主要是向串口抽象層提供串口芯片所用的資源，還進行一些與芯片相關的設置。

TL16C554A擴展串口芯片屬于標準串口，內核的串口驅動程序對它支持它的驅動程序就是Linux內核代碼中的driver／seria／8250．c．入口函數是serial8250_init，它用于向串口抽象層提供注冊串口的物理信息。串口的物理信息主要有兩類：訪問地址和中斷號。所以只要設置好這兩類物理信息，就可以驅動擴展串口了，圖5為驅動程序移植流程。

3．1 構建擴展串口的數據結構

串口的物理信息存儲在內核源程序arch／arm／plats3c24xx／common-smdk．c中，所以主要工作是在commonsmdk．c源文件中增加三段代碼：

1）增加頭文件

源程序中要包含頭文件linux／serial_8250．h，用于告訴編譯器使用8250．c作為擴展串口的源程序；

2）增加串口的物理信息

在common-smdk．c文件中增加8個元素的structplat_serial8250_port結構數組，并加入數據項，如每個串口使用的物理地址和中斷號等信息，使系統啟動后能找到串口。下面以第1片TL16c554A的第1個串口CSA為例說明如何在源程序中添加數據結構：

3）加入內核設備列表中

把串口設備（s3c_deviee_8250代表TL16c550A芯片）加入到內核的platform_device結構中

static struct platform_device_initdata*smdk_devs［］={ &s3c_device_8250，}；

3．2 增加開發板代碼使串口可用

主要修改drivers／serial／8250．c文件，使BANK5以8位的位寬訪問TL16c554A芯片，并指定芯片的中斷觸發方式。

1）增加頭文件asm／areh-s3c2410／regs-mem．h，定位TL16c554A所在的地址空間；

2）設置存儲控制器的BANK5的位寬（8位）

在serial8250_init（void）初始化函數中把存儲控制器的位寬寄存器設為0X22011110；

3）指定中斷觸發方式

因為TL160554A的中斷信號INTA、INTB、INTC、INTD為高電平有效，所以需將INTA、INTB、INTC、INTD上升沿觸發，在調用中斷函數req-uest_irq前應設置中斷標志為IRQF_TRIGGER_RISING。

3. 3 增加內核配置項

在內核源代碼的driver／serial／Kconfig中增加config條目CONFIG_SERIAL_EXTEND_S3C24XX，內核編譯時選定該選項可以把驅動程序編譯進系統中。

4 、測試擴展串口

測試的工作包括編譯內核、在根文件系統中增加設備文件、修改系統初始化腳本、測試擴展串口幾個步驟。圖6為串口測試流程圖。

1）配置、編譯內核

配置內核時增加配置選項CONFIG_SERIAL_EXTEND_S3C24XX，執行“make uImage”命令，編譯內核。

2）修改根文件系統

在Linux系統中通過設備文件來訪問具體的物理設備，故使用mknod命令，增加ttyS0，ttyS1，…，ttyS7設備文件，分別對應兩片TL16c554A的8個串口。命令格式如下：

# mknod／dev／ttyS0 c 4 64

3）修改配置文件

在／etc／inittab配置文件中添加ttyS0：：askfirat：-／bin／sh

4）測試

把第一個串口與主機相連，設置U-Boot的啟動參數為：noinitrd root=／dev／mtdblock2 init=／linuxrc console=ttyS0，重新啟動開發板，就能在超級終端下看到linux系統啟動信息了。

5 、結束語

本文提供了在原有TQ2440開發板中擴展8個串口，采用中斷服務的方案，提高了ARM9系統運行效率。在此基礎上可以進一步擴大，將串口擴展到12個、16個或者更多。

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