兩種MCU間的串行通信協議設計

2．2．3 線路檢測機制
雖然本例中的UART接口是一種有線通信，而且線纜長度不超過20 cm，但仍有可能出現插口松脫、線纜銅芯斷裂等情況，造成線路中斷。對于轉換成RS232電平的應用，雖然RS232的最大傳輸距離不超過15 m，但如果在惡劣的環境中使用，仍無法完全避免線路發生中斷。因
此，有效的線路檢測機制是必需的。
本設計中，當本端系統狀態為Null時，每間隔1 s就發送一個線路探測幀，類型ID=0x00，通信內容=0x55。同時，如果本端在5 s內收不到任何新數據或者線路探測幀，則表明線路中斷，向上層程序發送線路中斷報告。對于需要交互秒時間信息的應用，線路探測幀可以省略，只檢測秒時間信息就可以達到線路探測的目的。
2．2．4 校正機制
因為串行通信普遍存在誤碼的問題，因此簡單有效的校正機制是必須的。由于采用的是點到點的串行接口，數據幀都是按照發送的先后順序到達接收端，不會出現后一幀比前一幀早到的情況，只需要采用CRC-16和簡單的ARQ機制，再加上超時重傳機制，就可以提供高可靠的數據傳輸。
接收方收到一個完整的數據幀之后，必須給發送方返回一個ACK幀，該幀的類型ID=0xFF。通信內容根據校驗的結果有所不同：校驗正確的，Data=1；校驗失敗的，Data=0。
發送方發送完一個完整的數據幀之后，啟動超時重傳計時器。如果在計時器超時之前沒有收到ACK幀，或者收到的ACK幀的Data為0，就重發上一個數據幀；當收到ACK幀之后，計時器歸零。發送方只有在收到Data為1的ACK幀后，才能發送下一個數據幀。當連續超時5次時，表明線路中斷，向上層程序發送線路中斷報告。
ACK幀和線路檢測幀無須應答。發送這兩種幀之后，無須設置超時重傳計時器。
2．2．5 接口控制
接口控制主要管理UART接口的收發，在此采用中斷的方式來實現。若有數據需要發送，則必須等發送緩存為空時，才能把數據寫入到發送緩存，否則會把舊的數據覆蓋掉，造成數據丟失。當數據寫入結束后，產生一個發送中斷，通知MCU把數據通過UART接口發送出去。當收到一個數據時，UART產生一個中斷信號，通知MCU把數據放入接收緩存，保存完成后清除中斷信號，等待接收下一個數據。只需修改接口控制部
分，就可以適用于不同的硬件接口。

3 實驗結果以及分析
為了驗證本串行通信協議的有效性，連接STM32和MST776的UART接口，在這兩個MCU上運行本通信協議，并在線纜上引出兩個探測點，使用MAX232芯片進行電平轉換，然后接到PC機的RS232接口上，進行數據檢測。通過Windows的超級終端，可以在PC機上看到UART接口收發數據的狀況。同時，通過JTAG接口可以看到通信協議向上層程序交付的數據。
實驗結果表明，本通信協議工作正常，收發數據正確，校正機制和線路檢測機制都工作良好。運行本通信協議后，兩個MCU都沒有出現數據溢出、死機等情況。這表明本文設計的串口通信協議能夠實現預期的功能，令Cortex-M3與C51之間可以有效地進行信息交互。

結語
本文基于Cortex-M3與C51之間的通信需求，設計了一種基于數據幀的通信協議，使得兩個MCU間可以進行有效的信息交互。本設計已經在某型多媒體系統上得到應用，使用效果很好，表現非常穩定。本設計具有良好的可移植性和通用性，在另一個嵌入式項目中，經過對程序的少量修改，也在SPI接口上得到了應用。