近幾年來，隨著后PC時(shí)代的來臨，嵌入式系統(tǒng)由于其簡潔、高效等特點(diǎn)，得到了飛速發(fā)展，嵌入式技術(shù)目前已將各種計(jì)算機(jī)技術(shù)多層次、多方面地交叉融合在一起。嵌入式系統(tǒng)加快了工業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程，降低了開發(fā)成本及其風(fēng)險(xiǎn)，使用簡便，擴(kuò)展靈活，高效精簡，可方便應(yīng)用于工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。

傳統(tǒng)方法中，擴(kuò)展多個(gè)串行口是利用多個(gè)中斷源。但在嵌入式系統(tǒng)中，花費(fèi)大量的中斷源來擴(kuò)展串口無疑是大量的資源浪費(fèi)。針對這種情況，為了節(jié)省緊張的系統(tǒng)資源，本文提出的實(shí)現(xiàn)高效多串口中斷源方案，可以利用單一的中斷源來管理多個(gè)擴(kuò)展串口，并保證多個(gè)串口中斷的無漏檢測與服務(wù)。

總體設(shè)計(jì)

方案的基本組成如圖1所示。RS-232串口通過驅(qū)動(dòng)芯片MAX202轉(zhuǎn)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(gè)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中有一位的控制寄存器INTEN，用做中斷允許控制位。并且根據(jù)16C554的中斷請求INTREQ和INTEN的狀態(tài)來最終生成DLY_IRQ，向CPU發(fā)出請求。CPU實(shí)時(shí)響應(yīng)中斷請求DLY_IRQ，在中斷服務(wù)過程中，CPU按順序逐個(gè)檢查多個(gè)擴(kuò)展的串口中斷源，有中斷請求的就給予服務(wù)。
在剛剛檢查過的中斷又出現(xiàn)時(shí)，一方面靠CPLD中的一位寄存器INTREQ鎖存；另一方面,當(dāng)上一中斷服務(wù)完畢時(shí)，CPLD中的8位狀態(tài)機(jī)保證了一定時(shí)間的延遲，此延時(shí)中，中斷控制把堆棧內(nèi)容返回給CPU寄存器，恢復(fù)系統(tǒng)狀態(tài)，確保上一中斷完全退出，并且下一中斷能獲得響應(yīng)。這樣，即使在多個(gè)串口中斷密集發(fā)生的環(huán)境下，擴(kuò)展的多個(gè)串行口仍可獲得實(shí)時(shí)性和可靠性較高的中斷響應(yīng)。

硬件實(shí)現(xiàn)

MAX202

MAXIM公司的MAX202芯片為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232電平轉(zhuǎn)換器，符合RS-232通信標(biāo)準(zhǔn)，功耗低，集成度高，只用單一5V電源，每片有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)接收器，具有兩組接收和發(fā)送通道，全部接口電路簡單，可靠性高，實(shí)現(xiàn)TTL電平和RS-232電平的直接轉(zhuǎn)換。

16C554

16C554是集成異步通信元件，在FIFO模式，傳輸和接收前將數(shù)據(jù)緩沖為16字節(jié)數(shù)據(jù)包，減少了CPU的中斷數(shù)量。包含四個(gè)改良16C550異步傳輸器件，使得串行I/O更加可靠，每個(gè)信道實(shí)現(xiàn)串行和并行兩種連接方式的轉(zhuǎn)換，每個(gè)信道的狀態(tài)可以通過CPU的操作讀取，可以獲取操作情況或任何的錯(cuò)誤狀態(tài)。三態(tài)輸出為雙向數(shù)據(jù)總線和控制總線提供TTL驅(qū)動(dòng)能力，優(yōu)先級(jí)中斷系統(tǒng)控制，可編程的串行接口特性。

8259A

8259A是可編程的中斷控制芯片，每塊芯片可管理8級(jí)向量中斷，具有八條中斷請求輸入線IRQ0~IRQ7，一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(huán)優(yōu)先級(jí)、特定屏蔽和程序查詢方式。同時(shí)，它還有4種從屬工作方式，即結(jié)束中斷，讀狀態(tài)，中斷請求觸發(fā)和數(shù)據(jù)緩沖方式。這些工作方式可以通過初始化命令字寄存器來實(shí)現(xiàn)。采用全嵌套方式時(shí)，芯片初始化后不必設(shè)置操作命令字，中斷請求優(yōu)先級(jí)是固定的，0級(jí)最高，7級(jí)最低，接受的8個(gè)中斷請求信號(hào)為邊沿觸發(fā)，設(shè)定0級(jí)請求對應(yīng)中斷號(hào)為8，直至7級(jí)請求中斷號(hào)為0FH。

單片工作時(shí)，實(shí)際使用020H和021H兩個(gè)端口。經(jīng)過中斷優(yōu)先級(jí)分析器選中的當(dāng)前請求的中斷優(yōu)先級(jí)，其相應(yīng)的中斷服務(wù)寄存器ISR位被置1，一直保持到中斷服務(wù)程序在返回前發(fā)中斷結(jié)束命令為止。在ISR置位期間，禁止同級(jí)或較低級(jí)的中斷響應(yīng)，開放較高級(jí)的中斷請求。

CPLD編程

嵌入式系統(tǒng)都有靈活性的要求。因此，本系統(tǒng)選用了Lattice ispLSI系列產(chǎn)品，以適應(yīng)不斷擴(kuò)展或開發(fā)新的產(chǎn)品以及一個(gè)硬件平臺(tái)上多個(gè)品種的實(shí)現(xiàn)。使用可編程邏輯器件CPLD有利于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場運(yùn)行后可能遇到的系統(tǒng)修改、調(diào)試、升級(jí)等。Lattice是帶有在系統(tǒng)可編程(ISP)功能的可編程邏輯器件，不需要重新修改PCB即可修改原有設(shè)計(jì)。

(1)在CPLD中設(shè)計(jì)一位寄存器INTEN原理圖如圖2所示：地址總線A對應(yīng)INTEN的口地址，數(shù)據(jù)線D[0]對應(yīng)INTEN的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在L#的上升沿鎖定。