摘要： 本文介紹了一種基于VK3X芯片實現(xiàn)嵌入式手持設(shè)備擴展串口的設(shè)計方案，并給出了嵌Linux下驅(qū)動設(shè)計的方法和編程參考。 
關(guān)鍵字： 嵌入式手持設(shè)備 VK3X UART 串口擴展 Linux驅(qū)動

隨著嵌入式手持設(shè)備的功能增強，CPU/DSP需要與更多的功能模塊連接，常見的諸如藍(lán)牙模塊，GPS模塊，GSM模塊，紅外模塊，讀卡器模塊等大多采用UART與CPU接口，而目前的CPU大多只提供2-3個串口，在設(shè)計中往往還需要留一個UART作為調(diào)試口，實際只有1-2個UART能用于連接外設(shè)模塊，因此需要對CPU進(jìn)行UART串口擴展。

傳統(tǒng)的UART芯片因為尺寸，功耗等原因并不能完全滿足手持設(shè)備的需要?？紤]到手持設(shè)備對芯片的尺寸，功耗均有較嚴(yán)格的要求，本設(shè)計中選用專門為手持設(shè)備提供的1.8v低電壓 VK3X系列QFN封裝UART 產(chǎn)品作為串口擴展芯片。

1.VK3X 系列低電壓UART器件的功能特點及原理架構(gòu)介紹：
低電壓版的VK3X系列UART支持1.8V-3.3V工作電壓，-45℃ 到 +85℃工作溫度，每個子通道支持最高1Mbps的傳輸速率，支持休眠及自動喚醒功能，最低休眠電流僅為90uA。 采用QFN24（4x4x0.8mm）和QFN32 (5x5x0.8mm)超小封裝，完全滿足手持設(shè)備的設(shè)計要求。

VK3X系列 UART的原理框圖如下 

VK3X系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括主機接口，子通道部分，MODEM控制邏輯，中斷控制邏輯幾部分。
主機接口為VK3X與CPU/DSP相連的接口，通過M1，MO模式選擇信號線，可以分別選擇8位并行總線，SPI總線，UART,IIC四種接口模式與主機相連。
MODEM控制邏輯用于與MODEM相連時的狀態(tài)信號線的監(jiān)控和控制。
中斷控制邏輯用于產(chǎn)生和控制各種內(nèi)部中斷。
時鐘發(fā)生器為芯片的提供時鐘，可以用CLKSEL引線選擇從晶振還是外部時鐘源獲取時鐘。
多主機總線接口可以根據(jù)實際設(shè)計需要選擇配置。


2． 基于VK3X的嵌入式手持設(shè)備擴展串口硬件設(shè)計：

2.1  UART、IIC總線擴展低速串口設(shè)計 （手持GPS設(shè)備）
VK3X的UART主機接口模式創(chuàng)新的實現(xiàn)了將一個標(biāo)準(zhǔn)3線異步串口（UART）擴展成為2～4個通道的串口（UART），為需要擴展串口的嵌入式系統(tǒng)提供了一個最簡潔的解決方案，應(yīng)用于對速度要求不高的現(xiàn)有方案擴展升級多串口的應(yīng)用中。

IIC總線主機接口模式實現(xiàn)了IIC擴展橋接2-4個通道的UART，適合對串口速度要求不高，MCU的IO有限的應(yīng)用（如GPS）中。 

本設(shè)計中采用VK302擴展2路低速串口，主接口有IIC和UART兩種接口可以選擇。嵌入式平臺中的DSP/CPU通過IIC或UART總線與VK302相連，擴展出來的二個子串口分別連接低速的GPS模塊和觸摸屏模塊。

2.2 SPI總線擴展高速串口設(shè)計 （GPS智能手機）
SPI總線主機接口模式可以通過高速的SPI同步串行口擴展2-4個通道的高速串口UART，廣泛應(yīng)用于帶SPI同步串行接口的CPU,DSP擴展高速UART串口設(shè)計。
 本設(shè)計中VK304主機接口工作在最高5Mbps的SPI總線從模式下，擴展出的4個子串口分別連接藍(lán)牙模塊（920kbps）, 紅外收發(fā)器（115.2kbps）,CDMA/GPRS模塊（230kbps）,GPS模塊（9.6kbps）。在設(shè)計中，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕珻DMA/GPRS于VK3X之間應(yīng)用了硬件流量控制機制，通過RTS1,CTS1來實現(xiàn)硬件流量控制。


2.3 SPI/8位并行總線擴展高速串口及IO (智能雙模手機)
VK3X的8位并行總線接口模式針對嵌入式產(chǎn)品特點，采用了管腳復(fù)用設(shè)計減少了引腳，并通過精簡寄存器結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化軟件設(shè)計，可以替代16C55X系列產(chǎn)品應(yīng)用于8位，16位，32位CPU擴展外部串口。用于并口輸入的IO也可以復(fù)用為GPIO，為系統(tǒng)提供IO擴展功能。適用于同時需要串口擴展和IO擴展的系統(tǒng)中。
在本設(shè)計中使用VK3368進(jìn)行串口擴展和IO擴展。在雙模手機設(shè)計中，需要同時連接CDMA和GPRS兩種無線模塊，在CPU與模塊之間，除了TX、RX、RTS、CTS之外，還需要連接DTR、DCD等握手信號。DCD信號用于模塊是處于數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)還是處于AT命令傳送狀態(tài)，DTR信號用來通知模塊傳送工作已經(jīng)結(jié)束（掛斷）。此處通過VK3368擴展出的GPIO實現(xiàn)握手信號的連接。

3．VK3X系列UART在Linux下的串口驅(qū)動設(shè)計
目前，Linux以其開放的特性已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到手持設(shè)備中，Linux2.6是目前應(yīng)用較廣的版本，在Linux2.6中，采用了新的drivers/serial/serial_core.c 基礎(chǔ)構(gòu)架，更易于開發(fā)驅(qū)動程序，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內(nèi)核）平臺為例，介紹采用SPI總線接口的VK3X的串口驅(qū)動設(shè)計示例 ：
VK3X驅(qū)動中包含的頭文件：
#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函數(shù)：
inline  void setup_spi(void)
{
    SPCON0=SPCON_MSTR|SPCON_ENSCK;
        SPPRE0=0x04;//set bandrate
         write_gpio_bit(VK32_CS,1);        
}
SPI發(fā)送函數(shù)：
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;
}
寫VK3X寄存器函數(shù)：
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);
}
讀VK3X寄存器函數(shù)：
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函數(shù):
static int vk32xx_startup(struct uart_port *port, struct uart_info *info)

接收數(shù)據(jù)函數(shù)
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;
  ……
}
發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)
static void vk32xx_tx_chars(struct uart_info *info)
{
    struct uart_port * port = info->port;
    uint8_t ssr;
    ……
}
VK3X中斷處理函數(shù)
static void vk32xx_int(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
改變VK3X通信速度函數(shù)
static void vk32xx_change_speed(struct uart_port *port, u_int cflag, u_int iflag, u_int quot)
數(shù)據(jù)收發(fā)相關(guān)函數(shù)：
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)
控制相關(guān)函數(shù)：
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)
子通道操作相關(guān)函數(shù)：
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)

驅(qū)動的接口結(jié)構(gòu)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,
}; 

結(jié)束語
嵌入式手持設(shè)備需要越來越多的串口外設(shè)，在CPU自帶的UART串口通道不夠的情況下，需要進(jìn)行串口擴展。針對嵌入式手持設(shè)備要求芯片小尺寸，低功耗，低電壓的需求，選用低電壓版本的VK3X進(jìn)行串口擴展設(shè)計。在硬件設(shè)計上，根據(jù)不同應(yīng)用，可以選用本文提供的低速串口擴展，高速串口擴展、高速串口及IO擴展等不同的參考設(shè)計方案。在驅(qū)動軟件方面，可以參考本文提供的Linux驅(qū)動設(shè)計參考進(jìn)行驅(qū)動設(shè)計。

參考文獻(xiàn)： 
<VK3X系列產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊>