摘 要： 本文介绍了一种基于VK3X芯片实现嵌入式手持设备扩展串口的设计方案，并给出了嵌Linux下驱动设计的方法和编程考。 关键字： 嵌入式手持设备 VK3X UART 串口扩展 Linux驱动 随着嵌入式手持设备的功能增强，CPU/DSP需要与更多的功能模块连接，常见的诸如蓝牙模块，GPS模块，GSM模块，红外模块，读卡器模块等大多采用UART与CPU接口，而目前的CPU大多只提供2-3个串口，在设计中往往还需要留一个UART作为调试口，实际只有1-2个UART能用于连接外设模块，因此需要对CPU进行UART串口扩展。 传统的UART芯片因为尺寸，功耗等原因并不能完全满足手持设备的需要。考虑到手持设备对芯片的尺寸，功耗均有较严格的要求，本设计中选用专门为手持设备提供的1.8v低电压 VK3X系列QFN封装UART 产品作为串口扩展芯片。 1.VK3X 系列低电压UART器件的功能特点及原理架构介绍： 低电压版的VK3X系列UART支持1.8V-3.3V工作电压，-45℃ 到 +85℃工作温度，每个子通道支持最高1Mbps的传输 速率，支持休眠及自动唤醒功能，最低休眠电流仅为90uA。 采用QFN24（4x4x0.8mm）和QFN32 （5x5x0.8mm）超小封装，完全满足手持设备的设计要求。 VK3X系列 UART的原理框图如下

VK3X系列内部结构包括主机接口，子通道部分，MODEM控制逻辑，中断控制逻辑几部分。 主机接口为VK3X与CPU/DSP相连的接口，通过M1，MO模式选择信号线，可以分别选择8位并行总线，SPI总线，UART,IIC四种接口模式与主机相连。 MODEM控制逻辑用于与MODEM相连时的状态信号线的监控和控制。 中断控制逻辑用于产生和控制各种内部中断。 时钟发生器为芯片的提供时钟，可以用CLKSEL引线选择从晶振还外部时钟源获取时钟。 多主机总线接口可以根据实际设计需要选择配置。 2． 基于VK3X的嵌入式手持设备扩展串口硬件设计： 2.1 UART、IIC总线扩展低速串口设计 （手持GPS设备） VK3X的UART主机接口模式创新的实现了将一个标准3线异步串口（UART）扩展成为2～4个通道的串口（UART），为需要扩展串口的嵌入式系统提供了一个最简洁的解决方案，应用于对速度要求不高的现有方案扩展升级多串口的应用中。 IIC总线主机接口模式实现了IIC扩展桥接2-4个通道的UART，适合对串口速度要求不高，MCU的IO有限的应用（如GPS）中。 本设计中采用VK302扩展2路低速串口，主接口有IIC和UART两种接口可以选择。嵌入式平台中的DSP/CPU通过IIC或UART总线与VK302相连，扩展出来的二个子串口分别连接低速的GPS模块和触摸屏模块。 2.2 SPI总线扩展高速串口设计 （GPS智能手机） SPI总线主机接口模式可以通过高速的SPI同步串行口扩展2-4个通道的高速串口UART，广泛应用于带SPI同步串行接口的CPU,DSP扩展高速UART串口设计。 本设计中VK304主机接口工作在最高5Mbps的SPI总线从模式下，扩展出的4个子串口分别连接蓝牙模块（920kbps）, 红外收发器（115.2kbps）,CDMA/GPRS模块（230kbps）,GPS模块（9.6kbps）。在设计中，为保证数据传输的可靠性，CDMA/GPRS于VK3X之间应用了硬件流量控制机制，通过RTS1,CTS1来实现硬件流量控制。 2.3 SPI/8位并行总线扩展高速串口及IO （智能双模手机） VK3X的8位并行总线接口模式针对嵌入式产品特点，采用了管脚复用设计减少了引脚，并通过精简寄存器结构设计简化软件设计，可以替代16C55X系列产品应用于8位，16位，32位CPU扩展外部串口。用于并口输入的IO也可以复用为GPIO，为系统提供IO扩展功能。适用于同时需要串口扩展和IO扩展的系统中。 在本设计中使用VK3368进行串口扩展和IO扩展。在双模手机设计中，需要同时连接CDMA和GPRS两种无线模块，在CPU与模块之间，除了TX、RX、RTS、CTS之外，还需要连接DTR、DCD等握手信号。DCD信号用于模块是处于数据传送状态还是处于AT命令传送状态，DTR信号用来通知模块传送工作已经结束（挂断）。此处通过VK3368扩展出的GPIO实现握手信号的连接。 3．VK3X系列UART在Linux下的串口驱动设计 目前，Linux以其开放的特性已经广泛的应用到手持设备中，Linux2.6是目前应用较广的版本，在Linux2.6中，采用了新的drivers/serial/serial_core.c 基础构架，更易于开发驱动程序，也很方便移植到版本的Linux中。下面以基于ARM9（S3C2440）的Linux（2.6内核）平台为例，介绍采用SPI总线接口的VK3X的串口驱动设计示例 ： VK3X驱动中包含的头文件： #include #include #include #include #include #include #include #include #include ; #include serial_vk32xx.h 初始化SPI函数： inline void setup_spi（void） ｛ SPCON0=SPCON_MSTRSPCON_ENSCK; SPPRE0=0x04;//set bandrate write_gpio_bit（VK32_CS,1）; ｝ SPI发送函数： uint8_t spi_send_byte（uint8_t dat） ｛ write_gpio_bit（VK32_CS,0）; SPTDAT0=dat; while（!（SPSTA0&SPSTA_READY））; write_gpio_bit（VK32_CS,1）; return SPRDAT0; ｝ 写VK3X寄存器函数： void vk3xxx_write_reg（uint8_t port,uint8_t reg,uint8_t dat） ｛ spi_send_byte（0x80（（port-1）<<5）（reg<<1））; spi_send_byte（dat）; ｝ 读VK3X寄存器函数： uint8_t vk3xxx_read_reg（uint8_t port,uint8_t reg） ｛ spi_send_byte（（（port-1）<<5）+（reg<<1））; return spi_send_byte（0x00）; ｝ 初始化VK3X函数: static int vk32xx_startup（struct uart_port ＊port, struct uart_info ＊info） 接收数据函数 static void vk32xx_rx_chars（struct uart_info ＊info, struct pt_regs ＊regs） ｛ uint8_t ssr; struct tty_struct ＊tty = info->tty; unsigned int ch, flg, ignored = 0; struct uart_port ＊port = info->port; …… ｝ 发送数据函数 static void vk32xx_tx_chars（struct uart_info ＊info） ｛ struct uart_port ＊ port = info->port; uint8_t ssr; …… ｝ VK3X中断处理函数 static void vk32xx_int（int irq, void ＊dev_id, struct pt_regs ＊regs） 改变VK3X通信速度函数 static void vk32xx_change_speed（struct uart_port ＊port, u_int cflag, u_int iflag, u_int quot） 数据收发相关函数： static void vk32xx_stop_tx（struct uart_port ＊port, u_int from_tty） static void vk32xx_start_tx（struct uart_port ＊port, u_int nonempty, u_int from_tty） static void vk32xx_stop_rx（struct uart_port ＊port） 控制相关函数： static int vk32xx_startup（struct uart_port ＊port, struct uart_info ＊info） static void vk32xx_shutdown（struct uart_port ＊port, struct uart_info ＊info） static void vk32xx_change_speed（struct uart_port ＊port, u_int cflag, u_int iflag, u_int quot） 子通道操作相关函数： static void vk32xx_config_port（struct uart_port ＊port, int flags） static int vk32xx_verify_port（struct uart_port ＊port, struct serial_struct ＊ser） static void vk32xx_init_ports（void） 驱动的接口结构如下： static struct uart_ops vk32xx_pops = ｛ tx_empty: vk32xx_tx_empty, set_mctrl: vk32xx_set_mctrl, get_mctrl: vk32xx_get_mctrl, stop_tx: vk32xx_stop_tx, start_tx: vk32xx_start_tx, stop_rx: vk32xx_stop_rx, enable_ms: vk32xx_enable_ms, break_ctl: vk32xx_break_ctl, startup: vk32xx_startup, shutdown: vk32xx_shutdown, change_speed: vk32xx_change_speed, type: vk32xx_type, release_port: vk32xx_release_port, request_port: vk32xx_request_port, config_port: vk32xx_config_port, verify_port: vk32xx_verify_port, ｝; 结束语 嵌入式手持设备需要越来越多的串口外设，在CPU自带的UART串口通道不够的情况下，需要进行串口扩展。针对嵌入式手持设备要求芯片小尺寸，低功耗，低电压的需求，选用低电压版本的VK3X进行串口扩展设计。在硬件设计上，根据不同应用，可以选用本文提供的低速串口扩展，高速串口扩展、高速串口及IO扩展等不同的参考设计方案。在驱动软件方面，可以参考本文提供的Linux驱动设计参考进行驱动设计。 参考文献： www.vkic.com/DataSheetFiles/ www.vkic.com/DataSheetFiles/vk3x_linux_drv.rar The Serial Driver Layer by Greg Kroah-Hartman, www.linux.it/～rubini/docs/serial/serial.html