串口集線器及多串口高速通訊方法
2024-04-10 14:07:05
專利名稱：串口集線器及多串口高速通訊方法
技術領域：
本發明涉及通訊技術領域，特別涉及一種串口集線器及其通訊方法。
背景技術：
目前由於電腦的開發日新月異，電腦後端的接口的變化也越來越快。新一代的電 腦，後端僅有一個串口。但是在很多行業中，僅僅有一個串口是遠遠無法滿足需求的。在這種情況下，為了使一個串口可以連接更多的串口設備，常常使用具有多個輸 出端的集線器進行轉接，這樣就能使一個串口連接多個串口設備。但是，現有的集線器卻無 法解決串口通訊中普遍存在一些問題1、由於數據的傳輸在前後兩個設備會存在細微的差異，從而產生誤碼，特別在設 備全速傳輸時，誤碼率會非常高，因而造成現有的串口無法全速運行，這樣導致在一些高可 靠性的行業無法使用。2、串口僅支持單一的波特率，這樣就使得某些特定的設備無法適用，大大限制了 應用領域。而在一些行業中，如果串口數量不夠的話，那麼只能淘汰電腦，特定購買指定的帶 多個串口的電腦，令每一個設備獨立針對一個串口，但是這樣就增加了電腦的購置成本。綜上所述，現有的串口集線器存在通訊速度低、誤碼率高、適用範圍小的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種串口集線器，以解決現有的串口集線器存在通訊速度 低、誤碼率高、適用範圍小的問題。本發明的另一目的是提供一種多串口高速通訊方法，以解決現有的串口集線器在 通訊時，速度低、誤碼率高的問題。本發明提出一種串口集線器，用於使主機與外部設備進行全速通訊，其包括處理 單元和串口數據切換單元。處理單元主機相連，用於處理從主機發送過來的數據和指令信 號。串口數據切換單元與處理單元相連，並與若干串行埠相連，用於根據處理單元的控制 信號切換通訊鏈路或者設置通訊接口參數，使主機埠與對應串行埠連接。其中，處理單 元又進一步包括通用異步收發器、軟體緩存器和硬體緩存器。通用異步收發器與主機相連， 用於實現與主機之間的通信。軟體緩存器與通用異步收發器相連，用於存儲溢出的數據。硬 件緩存器與軟體緩存器相連，用於克服軟體緩存器對造成的延時。優選的，處理單元還包括時鐘分頻器，用於獲取不同的採樣頻率，以滿足不同波特
率的需求。優選的，處理單元為AVR單片機。優選的，處理單元為Atmega48單片機。優選的，所述串口集線器還包括四個串行埠，均與串口數據切換單元相連。本發明另提出一種多串口高速通訊方法，用於使主機與外部設備進行全速通訊，包括以下步驟(1)將外部設備接到相應的串行埠。(2)接收主機輸出的指令信號。(3) 根據指令信號切換通訊鏈路或者設置通訊接口參數，使主機埠與對應串行埠連接。(4) 進行通訊，並利用一軟體緩存器存儲溢出的數據。(5)利用一硬體緩存器克服該軟體緩存器 造成的延時。優選的，在接收到主機輸出的指令信號後還包括步驟分頻出不同的採樣頻率，以 獲得和外接設備相匹配的波特率。相對於現有技術，本發明的有益效果是1、本發明使電腦主機可以同時連接多個不同的串口設備，可以根據設備需要來變 換波特率，且兼容幾乎所有的串口設備，具有很廣的適用範圍。2、本發明採用了硬體緩存技術與軟體緩存技術相結合的技術，可以極大地降低全 速通訊時的誤碼率，從而可以保證整個設備的全速傳輸，大大提高了設備的通訊速率，並使 其完全可以應用在高可靠性要求的行業上。3、本發明可以採用AVR單片機等高速器件，可以進一步地提高設備的通訊速率。
圖1為本發明串口集線器的一種實施例架構圖；圖2為本發明處理單元11的一種實施例電路圖；圖3為本發明串口數據切換單元的一種實施例電路圖；圖4為本發明多串口高速通訊方法的一種實施例流程圖。
具體實施例方式請參見圖1，其為本發明串口集線器的一種實施例架構圖。此串口集線器包括處理 單元11、串口數據切換單元12和四個串行埠(埠 A、埠 B、埠 C、埠 K)。處理單元 11分別連接主機10和串口數據切換單元12，用於處理從主機發送過來的數據和指令信號， 並對串口數據切換單元12進行控制。串口數據切換單元12是一個通訊鏈路的矩陣，其分 別和四個串行埠相連，用於根據處理單元11的控制信號切換通訊鏈路或者設置通訊接 口參數，使主機10埠與對應串行埠連接。其中，處理單元11又進一步包括通用異步收發器13、軟體緩存器14硬體緩存器 15和時鐘分頻器 16。通用異步收發器 13 (UniversalAsynchronous Receiver Transmitter, UART)分別與主機10與串口數據切換單元12相連，其實現了與主機之間的通訊。軟體緩存 器14與通用異步收發器13相連，用於存儲溢出的數據。硬體緩存器15分別與軟體緩存器 14及通用異步收發器13相連，用於克服軟體緩存器對造成的延時。時鐘分頻器16用於獲 取不同的採樣頻率，以滿足不同波特率的需求。當主機10要針對某個外部設備讀寫時，先將外部設備連接到相應的串行埠，並 通過軟體發送指令將主機10埠與對應的串行埠連接到一起，建立通訊鏈路，然後才就 可以正常通訊了。而處理單元11是整個設備的指令控制中心，它針對從主機10發送過來 的數據，分析為指令還是數據，若為指令則進行相應的操作，切換通訊鏈路或者設置通訊接 口參數，同時將指令刪除，確保數據乾淨。而串口數據切換單元12則是一個通訊鏈路的矩 陣，由處理單元11來控制通訊鏈路的切換。
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值得注意的是，為了提高數據的傳輸速度，本發明採用了硬體緩存技術與軟體緩 存技術相結合的技術。由於數據在傳輸過程中，前後兩個設備會存在細微的速率差異，這裡 的差異就可能會累積起來，導致數據的溢出。因此本發明的串口集線器在傳輸數據流時，首 先先經過軟體緩存器14，將溢出的數據暫時存在軟體緩存器14中，這樣就可以保證數據的 不丟包。而又由於軟體對數據的處理速率和硬體對數據的處理速率是存在差異的，這部分 的差異，本發明是通過硬體緩存器15來解決，因為這種速率差異是不會累加的，所以採用 一個硬體緩存器15就可以克服中間的速率差異。通過硬體緩存技術與軟體緩存技術相結 合的技術，可以極大地降低本發明的串口集線器在全速通訊時的誤碼率，從而可以保證整 個設備的全速傳輸，使其完全可以應用在高可靠性要求的行業上。另外，由於串口僅支持單一的波特率，因此本發明可以通過處理單元11內部的時 鍾分頻器16獲取不同的採樣頻率。當不同波特率的外部設備連接到串口集線器上時，可以 通過時鐘分頻器16分頻出不同的波特率，從而使其與外部設備的波特率相匹配，然後進行 採樣數據或發送數據。特別的，本發明的處理單元11可以採用AVR單片機。由於AVR單片機採用增強的 RISC (Reduced Instruction Set Computing，精簡指令集)結構，使其具有高速處理能力， 在一個時鐘周期內可執行複雜的指令，每MHz可實現IMIPS的處理能力，使得本發明的串口 集線器可以有很高的通訊速率。請參見圖2，其為本發明處理單元11的一種實施例電路圖。 此處理單元11採用的是AVR系列的Atmega48單片機，其中PD5腳和PD6腳連接到串口數 據切換單元12，用來輸出控制信號。請參見圖3，其為本發明串口數據切換單元12的一種實施例電路圖。此串口數據 切換單元12採用的是模擬開關⑶4052B晶片，其A腳和B腳分別連接處理單元11，用於接 收控制信號來切換通訊鏈路。其RXl Rx4腳作為信號輸入端，通過串行埠連接外部設 備。TXl TX4腳作為信號輸出端，連接外部設備。而信號P3.1則連接到處理單元11。信 號TXl連接主機。當然，上述僅為本發明串口集線器較佳的實現方式，但並不以此限制本發明，各部 分可以根據實際需求進行調整。例如串行埠的數量除了四個之外，也可以根據實際需要 增加或減少。波特率的大小可以根據外部設備的需要進行靈活變換。相應於上述串口集線器，本發明另提出了一種多串口高速通訊方法，請參見圖4， 其包括以下步驟S401，將外部設備接到相應的串行埠。S402，接收主機輸出的指令信號。S403,根據指令信號切換通訊鏈路或者設置通訊接口參數，使主機埠與對應串 行埠連接。S404，分頻出不同的採樣頻率，以獲得和外接設備相匹配的波特率。S405，進行通訊，並利用一軟體緩存器存儲溢出的數據。S406，利用一硬體緩存器克服該軟體緩存器造成的延時。本發明具有以下優點1、本發明使電腦主機可以同時連接多個不同的串口設備，可以根據設備需要來變 換波特率，且兼容幾乎所有的串口設備，具有很廣的適用範圍。
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2、本發明採用了硬體緩存技術與軟體緩存技術相結合的技術，可以極大地降低全 速通訊時的誤碼率，從而可以保證整個設備的全速傳輸，大大提高了設備的通訊速率，並使 其完全可以應用在高可靠性要求的行業上。3、本發明可以採用AVR單片機等高速器件，可以進一步地提高設備的通訊速率。以上公開的僅為本申請的幾個具體實施例，但本申請並非局限於此，任何本領域 的技術人員能思之的變化，都應落在本申請的保護範圍內。
權利要求
一種串口集線器，用於使主機與外部設備進行全速通訊，其特徵在於，包括一處理單元，與主機相連，用於處理從主機發送過來的數據和指令信號，其又進一步包括一通用異步收發器，其與主機相連，用於實現與主機之間的通信；一軟體緩存器，與該通用異步收發器相連，用於存儲溢出的數據；一硬體緩存器，與該軟體緩存器相連，用於克服該軟體緩存器對造成的延時。一串口數據切換單元，與該處理單元相連，並與若干串行埠相連，用於根據該處理單元的控制信號切換通訊鏈路或者設置通訊接口參數，使主機埠與對應串行埠連接。
2.如權利要求1所述的串口集線器，其特徵在於，該處理單元還包括一時鐘分頻器，用 於獲取不同的採樣頻率，以滿足不同波特率的需求。
3.如權利要求1所述的串口集線器，其特徵在於，該處理單元為AVR單片機。
4.如權利要求1所述的串口集線器，其特徵在於，該處理單元為Atmega48單片機。
5.如權利要求1所述的串口集線器，其特徵在於，其包括四個串行埠，均與該串口數 據切換單元相連。
6.一種多串口高速通訊方法，用於使主機與外部設備進行全速通訊，其特徵在於，包括 以下步驟將外部設備接到相應的串行埠； 接收主機輸出的指令信號；根據指令信號切換通訊鏈路或者設置通訊接口參數，使主機埠與對應串行埠連接；進行通訊，並利用一軟體緩存器存儲溢出的數據； 利用一硬體緩存器克服該軟體緩存器造成的延時。
7.如權利要求6所述的多串口高速通訊方法，其特徵在於，在接收到主機輸出的指令 信號後還包括步驟分頻出不同的採樣頻率，以獲得和外接設備相匹配的波特率。
全文摘要
本發明提出一種串口集線器及多串口高速通訊方法，其串口集線器包括處理單元和串口數據切換單元。處理單元主機相連，用於處理從主機發送過來的數據和指令信號。串口數據切換單元與處理單元相連，並與若干串行埠相連，用於根據處理單元的控制信號切換通訊鏈路或者設置通訊接口參數，使主機埠與對應串行埠連接。其中，處理單元又進一步包括通用異步收發器、軟體緩存器和硬體緩存器。通用異步收發器與主機相連，用於實現與主機之間的通信。軟體緩存器與通用異步收發器相連，用於存儲溢出的數據。硬體緩存器與軟體緩存器相連，用於克服軟體緩存器對造成的延時。本發明具有通訊速度快、誤碼率低、適用範圍廣的優點。
文檔編號G06F13/38GK101894086SQ20101019565
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月8日 優先權日2010年6月8日
發明者林明政 申請人:崑山三泰新電子科技有限公司