雙向透明串口擴(kuò)展技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)

嵌入式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)中一般包括多個獨(dú)立的硬件采集模塊，每個硬件采集模塊分別完成對人體的心電、呼吸率、體溫、血壓和血氧飽和度等生理參數(shù)的采集，并通過其串口接收HOST端的控制信息，定時向HOST端發(fā)送采集數(shù)據(jù)。
本嵌入式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀HOST端使用AT91RM9200處理器，該處理器具有4個通用同步/異步接收/發(fā)送器（USART），其中一個是DEBUG串口,但它們都是分時復(fù)用的[1]。為了使HOST端更好地與各采集模塊進(jìn)行通信，必須解決其串口擴(kuò)展的問題。
目前比較通用的串口擴(kuò)展方案主要有2種。一種通過硬件實(shí)現(xiàn)，使用多串口ARM/MCU或?qū)Ｓ么?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/擴(kuò)展">擴(kuò)展芯片，可供選擇的串口擴(kuò)展芯片有TI公司開發(fā)的 16C55X系列串口擴(kuò)展芯片和國騰公司開發(fā)的GM812X系列串口擴(kuò)展芯片等。TI公司的16C55X系列芯片通過并行口擴(kuò)展串行口，功能比較強(qiáng)大、通信速度高，但控制復(fù)雜，同時價格較高，主要應(yīng)用于PC機(jī)串口擴(kuò)展。另一種串口擴(kuò)展方案通過軟件實(shí)現(xiàn)，但用軟件模擬串口存在缺點(diǎn)：(1)采樣次數(shù)低，一般只能做到2次/bit，這樣，數(shù)據(jù)的正確性就難以保證；(2)不能實(shí)現(xiàn)高波特率通信，軟件模擬串口一般不能實(shí)現(xiàn)高于4 800 b/s的波特率[2-3]。
不管是采用硬件還是軟件方案，大多數(shù)串口擴(kuò)展產(chǎn)品幾乎都是單向傳輸，不夠透明化[4-7]。本文根據(jù)參與的多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀項(xiàng)目的需要，提出一種雙向透明的串口擴(kuò)展設(shè)計(jì)方案，并通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
1硬件設(shè)計(jì)
1.1串口擴(kuò)展模塊拓?fù)鋱D
在設(shè)計(jì)中，串口擴(kuò)展模塊可以外接4個用戶設(shè)備，每個用戶設(shè)備都可以在與HOST端進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸，采用分時復(fù)用技術(shù)，即在任一時刻，最多僅有一個串口與HOST端連接，串口擴(kuò)展模塊負(fù)責(zé)4個通道的切換/選擇。雙方通過硬件和軟件機(jī)制進(jìn)行仲裁。如圖1所示。