兩種MCU間的串行通信協(xié)議設(shè)計

引言
Cortex-M3是ARM公司推出的32位處理器，使用了最新一代的ARMv7架構(gòu)，具有高性能、低功耗和低成本的優(yōu)點。對那些對功耗與成本敏感、但又要求較高性能的嵌入式應(yīng)用來說，Correx-M3無疑是最佳解決方案；而對成本要求苛刻、運算能力要求不高的設(shè)備來說，嵌入成熟穩(wěn)定的8051處理器，已經(jīng)成為了業(yè)內(nèi)的流行做法。目前，越來越多的嵌入式系統(tǒng)同時使用了上述兩種MCU，因此如何使Cortex-M3與8051之間可以高效地進(jìn)行信息交互，是實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)的關(guān)鍵。

1 方案設(shè)計
要進(jìn)行信息交互，離不開物理接口。在嵌入式應(yīng)用中，目前常用的接口有UART、SPI和I2C等串行接口。UART接口只需兩根數(shù)據(jù)線就可以工作，時序控制簡單，大部分設(shè)備都整合了這種接口。而且，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后UART的TTL電平可以轉(zhuǎn)換成RS232電平，RS232接口是計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置的通信接口，可以通過超級終端查看串口的數(shù)據(jù)，便于使用PC機(jī)對線路進(jìn)行檢測分析。因此，本設(shè)計采用UART接口作為Cortex-M3與C51之間的通信接口。
考慮到各種需求，本文設(shè)計了一種基于UART接口的，用于Cortex-M3和C51之間的通信協(xié)議，使Cortex-M3與C51之間可以高效地進(jìn)行信息交互。當(dāng)兩個MCU之間需要進(jìn)行通信的時候，發(fā)送方把原始數(shù)據(jù)下放給通信協(xié)議，通信協(xié)議按照特定格式把數(shù)據(jù)打包，通過UART接口發(fā)送給對方。接收方收到數(shù)據(jù)時，MCU運行相應(yīng)的通信協(xié)議，把數(shù)據(jù)解包，就可以得到發(fā)送方的原始數(shù)據(jù)，將其交付給上層程序。體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如果使用其他串行接口，原理大體相同，只需對硬件作相應(yīng)改動，即對接口控制模塊稍作修改即可投入使用。
下面以實際工程中某種多媒體系統(tǒng)為例詳細(xì)說明。該系統(tǒng)采用了以Cortex-M3為內(nèi)核的STM32處理器和嵌入了C51核的MST776視頻處理芯片，使用UART接口進(jìn)行通信。

2 具體實現(xiàn)
2．1 硬件設(shè)置
具體的器件不同，UART的工作方式也有所區(qū)別，主要表現(xiàn)在波特率、停止位、數(shù)據(jù)字長度等參數(shù)上。當(dāng)兩個器件用UART連接時，所有參數(shù)必須完全一致，否則通信很容易出錯。在此，要特別注意波特率的設(shè)置：當(dāng)線路質(zhì)量好的時候，波特率可以設(shè)置得高點，以獲得較高的傳輸速率；線路質(zhì)量差的時候，就要減小波特率，以降低誤碼率。
本設(shè)計中，STM32與MST776都整合了UART接口，只需配置少量電阻；同時，線纜長度不超過20 cm，使用環(huán)境的電磁干擾小，波特率可以設(shè)置為38 400bps，甚至更高。另外，考慮到C51的處理速度較低，因此波特率不應(yīng)設(shè)置得太高，避免造成C51側(cè)數(shù)據(jù)溢出，進(jìn)而造成死機(jī)。
本設(shè)計只需使用兩根數(shù)據(jù)線來實現(xiàn)兩個MCU之間的互連，把STM32上選定的UART接口的TX與對端的UART接口的RX相連，把RX與對端的UART接口的TX相連。