基于WINCE的多串口扩展系统的设计

Implementation of Multi-Serial Extension System Based on WinCE

摘要：系统利用ARM9、CPLD、TL16C554设计多串口扩展系统的方案，首先介绍ARM9处理器S3C2440、CPLD芯片EPM3128、四路串口扩散芯片TL16C554 的特性，随后介绍多串口扩展系统的硬件设计，最后详细介绍CPLD 硬件程序代码以及TL16C554 的WINCE 驱动程序设计和WINCE 应用程序设计。

关键词：WinCE，多串口扩展，TL16C554，ARM9，CPLD

Abstract: This paper proposes a multi-serial extension system solution based on ARM9 CPLD TL16C554. There is first a general introduction of the micro-processor S3C2440, CPLD chipset EPM3128 and four-channel serial extension chip TL16C554. Following the brief introduction, the paper presents hardware design of multi-serial extension system. Finally the paper describes the CPLD hardware
process and the WinCE driver program of TL16C554 , and the application program design of TL16C554 based on WinCE.
Key words: WinCE, Multi-serial extension, TL16C554, ARM9, CPLD

随着当今科学技术的发展，智能化及自动化设备越来越多，其中以计算机网络设备及现场总线的发展最为典型。在大型集中控制现场如停车场主控制系统、多点温度采集系统等，要进行采集和测试的通信点数和通信终端较多，多个串口通讯系统应运而生。普通设备的主控制器通常采用简单的单片机，其往往只有一到三个串口，不能满足多采集点的系统要求。为了完成主控制器对多点的通信及控制，需要进行串口扩展，TL16C554是最为常见的4 串口扩展芯片，有很强的灵活性和实用性。基于ARM9 内核的S3C2440 处理器在嵌入式系统的应用相当广泛，可以运行WINCE 操作系统，此处理器的强大功能及外围接口芯片的丰富性，使得系统的开发相对容易，同时也方便扩展16C554。嵌入式多串口扩展系统功能强、应用场所广泛，具有广泛的市场前景。

1 方案分析

为了使多串口扩展系统的应用场合更加广泛，应选择驱动程序及应用程序开发周期短的方案，因此本设计的方案采用ARM9+CPLD+TL16C554 的硬件框架，软件平台基于WINCE 操作系统，其应用程序和驱动程序的开发周期较短。系统框图如图1 所示。

系统的设计包括硬件设计以及 16C554 的WINCE 驱动程序的开发和应用程序的开发。

硬件设计中ARM9 主处理器采用三星公司的S3C2440：其主频最高可以达到533MHz，本系统使用400MHz；总线速度使用100MHz；具有SD 卡接口，支持USB 下载相关内核及镜像；支持多种分辨率的TFT液晶屏；无需围电路的触摸屏接口；外扩64M 的SDRAM，64M 的NAND FLASH；三路UART 通用异步串行口；支持总线方式扩展外设，本系统的另外8 路串口就是通过总线方式扩展两片16C554 实现的。

CPLD 采用ALTERA 公司推出的MAX3000 系列的EPM3128ATC100：具有128 个宏单元；先进高速的I/O接口；具有80 个可用的I/O 口。其高速的硬件运行速度满足本系统的100MHz 的总线扩展速度，I/O 口也满足本系统扩展16C554 的需求。

16C554 采用TI 公司生产的TL16C554AI ， 其内部有四个增强型的ACE(AsynchronousConun unicationsElement)异步收发的并/串转换组件TL16C550，波特率通过寄存器的编程可改变，最高可达1Mbps，具有16 字节FIFO 收发深度，可大大减少收发中断次数，提高处理器的效率；具有可独立控制的发送、接收、线路状态和MODEM 状态中断，方便主控制器控制16C554 的收发状态；具有断线产生和检测以及内部故障诊断功能，提高了通信的稳定及可靠性；完善的系统分级中断控制。本系统处理器WINCE 驱动产用中断方式检测16C554 的收发情况。

软件设计中，系统WINCE 应用程序存放在SD 卡中，可针对不同的应用场合编写不同的应用程序。主处理器S3C2440 根据SD 卡内的应用程序控制CPLD+16C554 的串口扩展板，向八路串口收发数据。系统实物完成图如下图2 所示。

2 硬件设计

本系统具体硬件设计采用的方式是S3C2440 的地址线、控制线直接进入CPLD 芯片EPM3128，然后经过CPLD的逻辑运算输出16C554 的片选信号线，16C554 根据片选信号对内部的相应模块进行串口数据处理，处理的数据直接与主控制芯片S3C2440 进行传输。其中一片TL16C554 的外围电路连接如下图3 所示。

图3 中，TL16C554 的并行数据线D0~D7 与ARM9 控制器S3C2440 的数据总线DATA0~DATA7 经过总线驱动芯片LVTH162245 输出相连的；TL16C554 的八个片内寄存器地址线A0~A2 与S3C2440 的地址总ADDR0~A