关键字： 嵌入式手持设备VK3XUART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引线选择从晶振还是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：

2.1UART、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。

2.2SPI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。

2.3SPI/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，也很方便移植到其它版本的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<linux/config.h>

#include<linux/module.h>

#include<linux/kernel.h>

#include<linux/init.h>

#include<linux/slab.h>

#include<linux/console.h>

#include<linux/serial_core.h>

#include<asm/irq.h>

#include<asm/hardware.h>

#include"serial_vk32xx.h"

初始化SPI函数：

inlinevoidsetup_spi(void)

{

SPCON0=SPCON_MSTR|SPCON_ENSCK;

SPPRE0=0x04;//setbandrate

write_gpio_bit(VK32_CS,1);

}

SPI发送函数：

uint8_tspi_send_byte(uint8_tdat)

{

write_gpio_bit(VK32_CS,0);

SPTDAT0=dat;

while(!(SPSTA0&SPSTA_READY));

write_gpio_bit(VK32_CS,1);

returnSPRDAT0;

}

写VK3X寄存器函数：

voidvk3xxx_write_reg(uint8_tport,uint8_treg,uint8_tdat)

{

spi_send_byte(0x80|((port-1)<<5)|(reg<<1));

spi_send_byte(dat);

}

读VK3X寄存器函数：

uint8_tvk3xxx_read_reg(uint8_tport,uint8_treg)

{

spi_send_byte(((port-1)<<5)+(reg<<1));

returnspi_send_byte(0x00);

}

初始化VK3X函数:

staticintvk32xx_startup(structuart_port*port,structuart_info*info)

接收数据函数

staticvoid

vk32xx_rx_chars(structuart_info*info,structpt_regs*regs)

{

uint8_tssr;

structtty_struct*tty=info->tty;

unsignedintch,flg,ignored=0;

structuart_port*port=info->port;

……

}

发送数据函数

staticvoidvk32xx_tx_chars(structuart_info*info)

{

structuart_port*port=info->port;

uint8_tssr;

……

}

VK3X中断处理函数

staticvoidvk32xx_int(intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs)

改变VK3X通信速度函数

staticvoidvk32xx_change_speed(structuart_port*port,u_intcflag,u_intiflag,u_intquot)

数据收发相关函数：

staticvoidvk32xx_stop_tx(structuart_port*port,u_intfrom_tty)

staticvoidvk32xx_start_tx(structuart_port*port,u_intnonempty,u_intfrom_tty)

staticvoidvk32xx_stop_rx(structuart_port*port)

控制相关函数：

staticintvk32xx_startup(structuart_port*port,structuart_info*info)

staticvoidvk32xx_shutdown(structuart_port*port,structuart_info*info)

staticvoidvk32xx_change_speed(structuart_port*port,u_intcflag,u_intiflag,u_intquot)

子通道操作相关函数：

staticvoidvk32xx_config_port(structuart_port*port,intflags)

staticintvk32xx_verify_port(structuart_port*port,structserial_struct*ser)

staticvoidvk32xx_init_ports(void)

驱动的接口结构如下：

staticstructuart_opsvk32xx_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：

<VK3X系列产品数据手册>www.vkic.com/DataSheetFiles/

<VK3Xlinux驱动编程参考>www.vkic.com/DataSheetFiles/vk3x_linux_drv.rar

TheSerialDriverLayer"byGregKroah-Hartman,www.linux.it/~rubini/docs/serial/serial.html