两种MCU间的串行通信协议设计

2．2．3 线路检测机制
虽然本例中的UART接口是一种有线通信，而且线缆长度不超过20 cm，但仍有可能出现插口松脱、线缆铜芯断裂等情况，造成线路中断。对于转换成RS232电平的应用，虽然RS232的最大传输距离不超过15 m，但如果在恶劣的环境中使用，仍无法完全避免线路发生中断。因
此，有效的线路检测机制是必需的。
本设计中，当本端系统状态为Null时，每间隔1 s就发送一个线路探测帧，类型ID=0x00，通信内容=0x55。同时，如果本端在5 s内收不到任何新数据或者线路探测帧，则表明线路中断，向上层程序发送线路中断报告。对于需要交互秒时间信息的应用，线路探测帧可以省略，只检测秒时间信息就可以达到线路探测的目的。
2．2．4 校正机制
因为串行通信普遍存在误码的问题，因此简单有效的校正机制是必须的。由于采用的是点到点的串行接口，数据帧都是按照发送的先后顺序到达接收端，不会出现后一帧比前一帧早到的情况，只需要采用CRC-16和简单的ARQ机制，再加上超时重传机制，就可以提供高可靠的数据传输。
接收方收到一个完整的数据帧之后，必须给发送方返回一个ACK帧，该帧的类型ID=0xFF。通信内容根据校验的结果有所不同：校验正确的，Data=1；校验失败的，Data=0。
发送方发送完一个完整的数据帧之后，启动超时重传计时器。如果在计时器超时之前没有收到ACK帧，或者收到的ACK帧的Data为0，就重发上一个数据帧；当收到ACK帧之后，计时器归零。发送方只有在收到Data为1的ACK帧后，才能发送下一个数据帧。当连续超时5次时，表明线路中断，向上层程序发送线路中断报告。
ACK帧和线路检测帧无须应答。发送这两种帧之后，无须设置超时重传计时器。
2．2．5 接口控制
接口控制主要管理UART接口的收发，在此采用中断的方式来实现。若有数据需要发送，则必须等发送缓存为空时，才能把数据写入到发送缓存，否则会把旧的数据覆盖掉，造成数据丢失。当数据写入结束后，产生一个发送中断，通知MCU把数据通过UART接口发送出去。当收到一个数据时，UART产生一个中断信号，通知MCU把数据放入接收缓存，保存完成后清除中断信号，等待接收下一个数据。只需修改接口控制部
分，就可以适用于不同的硬件接口。

3 实验结果以及分析
为了验证本串行通信协议的有效性，连接STM32和MST776的UART接口，在这两个MCU上运行本通信协议，并在线缆上引出两个探测点，使用MAX232芯片进行电平转换，然后接到PC机的RS232接口上，进行数据检测。通过Windows的超级终端，可以在PC机上看到UART接口收发数据的状况。同时，通过JTAG接口可以看到通信协议向上层程序交付的数据。
实验结果表明，本通信协议工作正常，收发数据正确，校正机制和线路检测机制都工作良好。运行本通信协议后，两个MCU都没有出现数据溢出、死机等情况。这表明本文设计的串口通信协议能够实现预期的功能，令Cortex-M3与C51之间可以有效地进行信息交互。

结语
本文基于Cortex-M3与C51之间的通信需求，设计了一种基于数据帧的通信协议，使得两个MCU间可以进行有效的信息交互。本设计已经在某型多媒体系统上得到应用，使用效果很好，表现非常稳定。本设计具有良好的可移植性和通用性，在另一个嵌入式项目中，经过对程序的少量修改，也在SPI接口上得到了应用。