雙向透明串口擴展技術在嵌入式系統中的實現

嵌入式多參數監護儀系統中一般包括多個獨立的硬件采集模塊，每個硬件采集模塊分別完成對人體的心電、呼吸率、體溫、血壓和血氧飽和度等生理參數的采集，并通過其串口接收HOST端的控制信息，定時向HOST端發送采集數據。
本嵌入式多參數監護儀HOST端使用AT91RM9200處理器，該處理器具有4個通用同步/異步接收/發送器（USART），其中一個是DEBUG串口,但它們都是分時復用的[1]。為了使HOST端更好地與各采集模塊進行通信，必須解決其串口擴展的問題。
目前比較通用的串口擴展方案主要有2種。一種通過硬件實現，使用多串口ARM/MCU或專用串口擴展芯片，可供選擇的串口擴展芯片有TI公司開發的 16C55X系列串口擴展芯片和國騰公司開發的GM812X系列串口擴展芯片等。TI公司的16C55X系列芯片通過并行口擴展串行口，功能比較強大、通信速度高，但控制復雜，同時價格較高，主要應用于PC機串口擴展。另一種串口擴展方案通過軟件實現，但用軟件模擬串口存在缺點：(1)采樣次數低，一般只能做到2次/bit，這樣，數據的正確性就難以保證；(2)不能實現高波特率通信，軟件模擬串口一般不能實現高于4 800 b/s的波特率[2-3]。
不管是采用硬件還是軟件方案，大多數串口擴展產品幾乎都是單向傳輸，不夠透明化[4-7]。本文根據參與的多參數監護儀項目的需要，提出一種雙向透明的串口擴展設計方案，并通過了實驗驗證。
1硬件設計
1.1串口擴展模塊拓撲圖
在設計中，串口擴展模塊可以外接4個用戶設備，每個用戶設備都可以在與HOST端進行雙向數據傳輸，采用分時復用技術，即在任一時刻，最多僅有一個串口與HOST端連接，串口擴展模塊負責4個通道的切換/選擇。雙方通過硬件和軟件機制進行仲裁。如圖1所示。