基于VxWorks的多路高速串口的通信方法设计

图1(a)和图1(b)的分组长度不同，但之间的到达间隔都很小。计算得出图1(b)单位时间的吞吐率明显要比图1(a)小，但如果图1(b)采用中断方式，就要频繁地响应中断，效率将大大降低。图1(d)的分组很长，一次接收中接收到的数据非常多，但之间的到达间隔很长，如果计算吞吐率选择的单位时间正好为数据接收时间，在这一段时间内吞吐率很大，则误认为数据量很大，选择轮询方式接收。相比之下，图1(c)和图1(d)选用中断方式更为理想。

根据以上分析可以发现，用数据到达的时间间隔可以近似地表示数据量的大小。如果数据到达间隔很小，且频繁到达，则认为负载很大，选择轮询方式；如果数据到达间隔很大，则认为负载很小，选择中断方式。在轮询方式中，如果根据已知的到达时间，推算出下一数据的到达时间，根据计算出的结果来设定轮询周期，则轮询效率更加提升。

2.2 门限的计算

上述计算到达间隔判断切换时机的方式，不能体现数据到达间隔的变化规律。可选用平均到达时间的均方根和均值的比值作为判断切换的标准，这个比值系数代表了平均到达时间的变化程度。当比值小时表明预测的值与平均值偏差很小，数据到达的间隔时间是有规律的，可以预测。这种情况显然要应用轮询方式，把轮询周期设为平均到达间隔时间。

平均到达间隔时间的计算方法如下式：

式中：D为最后一个数据到达的间隔时间；α为平均到达间隔时间的加权系数，α控制着D相对于以往的到达时间间隔历史所占的比重。用这种方法，平均到达间隔时间就可以积累到达间隔时间了。
平均到达时间的方差用下式估计：

式中：β为到达间隔时间的方差加权系数，且控制估计器的记忆性。σ2开方就得到平均到达间隔时间的均方根σ了。
下式表明了切换到轮询时的门限：

式中：γ为预测门限，为系统可容忍的最大轮询周期，在本系统中为满足上层的应用，为20 ms。表明数据到达间隔规律；表明平均到达间隔小于系统所能忍受的最小间隔。数据到达不频繁，认为满足以上两个条件时切换到轮询模式；当满足的条件相反时，切换到中断方式。

3 实例分析

在可接收10路空中信号的多串口系统中对该算法进行实现，系统结构如图2。该系统可将数据信息（主要为语音数据）接收后转换为以太网数据包，通过10MHz以太网口送出。同时，它从以太网口接收来自控制台的各类指令，完成相应的处理任务。

信号经过1：10功分器，分给10个RF接收模块，完成RF接收，输出串行信号，每路串口为串行信号的最大速率115.2kbps，RF接收模块每20ms发一个数据包，一个数据包最大为30bit。之后串行信号经过3片OX16C954(每片有4路UART)转换成并行总线信号，输出给MPC860T(CPU)。每片OX16C954设置有128B的环形缓冲区，所以经过时间缓冲区就会被写满。为了保证不丢失数据，应该在8.8ms内完成对10个终端接收模块进行一次接收。OX16C954中断门限设为64B，当接收缓冲超过64B时，OX16C954产生接收中断。在OX16C954还设置有超时中断，当从接收最后一个停止位中心开始计时，在四个符号周期内没有接收新的信息，即就产生超时中断。批中断的应用如图3。多个串口通过CPLD共享一个中断源，在中断频繁，多个串口同时产生中断的情况下，实现了批中断，节约了中断资源，提高了中断效率。

本系统的设计基于VxWorks操作系统。VxWorks操作系统提供对多种处理器的广泛支持，具有完善的开发环境、开放的软件接口、优异的实时性能和全面可靠的网络功能及良好的可裁剪性，适用于各种嵌入式环境的开发。

程序实现过程：系统加电待操作系统启动之后，应用程序首先根据主控和PC机的IP地址，得到它们的MAC地址，为以后进行UDP数据传送做准备；初始化MPC860T的Port C口，把PC12、PC15初始化为数据输出口，分别用于点亮运行时的状态灯和设置/清除硬件看门狗；初始化OX16C954，打开10路串口，接收终端模块的数据；同时向终端模块发送数据，初始化UDP协议栈；最后，进入无限循环中，从各个串口收集数据，解开数据包，以UDP的方式，把话音包发给PC机，把非话音包发给主控；同时，从网络上接收来自主控的UDP数据，根据端口号，把数据转发给各个终端模块。PC机不直接向DPM发送UDP数据，只有主控向各个终端发送数据，故由DPM至PC机的数据为单向。管理看门狗，每循环一次，开关一次看门狗，处理一次状态灯。整个程序的流程如图4所示。

在10路都没有数据的极限情况下测量轮询开销VP。在这种极限情况下，应用全中断的方式，10路串口没有数据不会产生中断，中断开销为0；应用全轮询的方式，CPU每次只查询外部寄