专利名称：：外围通讯接口的扩展装置及方法
技术领域：
：本发明涉及通信、控制领域中系统外围通讯外i殳资源受限，需要扩展的领域，具体地，涉及外围通讯接口的扩展装置及方法。
背景技术：
：随着系统构建复杂度及可靠性要求的日益提高，需要控制、通讯和监测的系统外i殳也相应骤增。市场上主流的主控处理器(如ARM((AdvancedRISCMachines,高级精简指令集设备)处理器)绝大部分都配备功能和类别较为齐全的控制和通讯端口，如标准调制解调器(Modem)接口、串4亍4854妄口、串4亍2324妄口、通用串4亍总线(UniversalSerialBus,简称USB)4妄口、串4亍总线(Inter-IntegratedCircuit,简称IIC)4妄口、以太网J某体地址控制(MediaAccessControl,简称MAC)4妄口等，需求数量根据系统要求略有差异。但是，对于相对低端的主控处理器而言，为了节约成本，将其运用在较为复杂、需监测外设较多的系统时通常无法满足系统外设构建的要求。在这种情况下，通常釆用的方法是增加相应接口的专用扩展芯片，如多串口扩展芯片，可实现将一个4交高波特率的通用异步收发(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter,简称为UART)串口扩展为几个寿交叶氐的UART串口。但是，上述方法成本较高，专用扩展芯片价格昂贵，因此，从成本上考虑，现有l支术中所采用的方法不适用于需要扩展的通讯端口类别过多的场合。
发明内容本发明的目的是针对相关技术中扩展外围通讯接口成本较高的缺陷，提出一种扩展系统外围通讯接口的装置及方法，以降低扩展成本、减少器件使用数量。为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种外围通讯接口的扩展装置。根据本发明实施例的外围通讯接口的扩展装置包括主控处理器以及与主控处理器外部的串行外围设备接口(SerialPeripheralInterface,简称SPI)接口连接的单片机，单片机通过SPI通信方式经由SPI外部4姿口与主控处理器进4亍通信。在根据本发明实施例的扩展装置中，主控处理器通过SPI接口将数据发送到单片机的外部接口，单片机将从其外部接口接收的数据发送到主控处理器的SPI外部纟妄口。才艮据本发明实施例的上述扩展装置还可以包括一个或多个扩展通讯接口芯片，与单片机的外部接口连接，用于通过单片机的外部々妄口与主控处理器进;f于通讯。进一步的，才艮据本发明实施例的上述扩展装置还可以包括一个或多个电平转换芯片，与单片机的外部接口及一个或多个扩展通讯接口芯片连接，用于将单片机的外部接口电平转换为一个或多个扩展通讯接口芯片的电平。其中，主控处理器可以为高级精简指令集设备(AdvancedRISCMachines,简称ARM)处理器SAM7X256,单片才几可以为ATMEGA162。为实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种外围通讯4妄口的扩展方法。在根据本发明实施例的外围通讯接口的扩展方法中，将主控处理器通过SPI接口与单片机相连，包括主控处理器通过SPI接口向单片机发送包含控制标识及对功能配置参数的控制信息；单片机根据控制信息中的功能配置参数对单片机的外部接口进行功能配置；主控处理器向单片机发送对单片机的外部接口进行操作的包含操作标识及待操作数据的数据信息；单片机解析数据信息，根据操作标识所对应的操作将待操作数据发送到单片机的外部接口；单片机将从单片机的外部接口获取的数据通过SPI接口发送到主控处理器。其中，主控处理器通过SPI*接口向单片才几发送包含控制标识及功能配置参数的控制信息包括主控处理器在功能配置参数中设置以下至少之一单片机外部接口的选择信息、波特率、数据位数、校验位数、停止位；主控处理器通过SPI接口向单片机发送包含控制标识及功能配置参数的控制信息。相应的，单片机根据控制信息中的配置参数对单片机的外部接口进行功能配置包括单片机根据功能配置参数选择单片机对应的串4亍端口、配置串4亍端口的波特率、凄t据位凄t、4交-验位数及停止位。操作的包含操作标识及待操作数据的数据信息包括主控处理器在操作标识中设置如下至少之一数据操作方式信息、选择操作的单片机的外部接口信息、及待操作数据的数据长度信息；主控处理器向单片机发送包含操作标识及待操作数据的数据信息。其中，上述单片机解析数据信息，根据操作标识所对应的操作将待操作数据发送到单片机的外部接口的操作包括单片机解析数据信息，获得数据操作的方式信息、选择操作的单片机的外部接口信息、数据长度、及待操作数据；单片机根据数据操作的方式信息将待操作数据发送到选^奪操作的单片机的外部接口信息对应的外部接口。本发明上述实施例的方法和装置将主控处理器通过SPI4妄口外挂单片机实现系统外围通讯接口的扩展，不需要专用的扩展芯片，可有效节约扩展成本、减少器件使用数量和印刷电路板(PrintedCircuitBoard，筒称PCB)的面积、<提高系统i殳计的灵活度，并在一定程度上增加系统的扩展能力。通过本发明上述实施例的方法和装置，可通过外挂单片才几实现单芯片多类别通信端口的扩展，如标准Modem串4亍4妄口、RS232串4亍4妄口、RS485串4言4妄口、以及存4诸空间的扩展等。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从-说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成il明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中图1为才艮据本发明实施例的外围通讯接口的扩展装置的应用系统框图；图2为根据本发明实施例的外围通讯接口的扩展装置中的主控处理器与单片机的关键接口的连接框图；图3为根据本发明实施例的外围通讯接口的扩展方法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例〗又用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。装置实施例图1为根据本发明实施例的外围通讯接口的扩展装置的应用系统冲匡图。如图l所示，本实施例包括主控处理器102、单片才几104,其中，主控处理器102外围4妄口有Modem外部冲妄口、RS485外部接口、SPI外部接口及调试(Debug)接口，主控处理器102通过SPI外部接口与单片机104相连；单片机104通过SPI通信方式与主控处理器102进行通信，将从主控处理器102^妾收的^:据发送到单片才几104的外部4妄口(如图1所示的单片才几104的Modem4娄口及RS485接口)，并将从单片机104的Modem接口或RS485接口接收的数据通过SPI通信方式发送到主控处理器102。具体地，还可以在单片机的外部接连接一个或多个扩展通讯接口芯片，通过单片机的外部接口与主控处理器进行通讯。如图l所示，才艮据本发明实施例的扩展装置还可以包括一个或多个电平转换芯片，如MAX3232或MAX3485电平转换芯片等，其与单片机104的外部接口及一个或多个扩展通讯接口芯片连接，用于将单片才几104的外部接口电平转换为扩展通讯接口芯片的电平。根据系统的需求不同，可以增加、删除扩展通讯接口芯片及电平转换芯片的数目。图2为根据本发明实施例的扩展外围通讯接口的装置中主控处理器与单片机关键接口连接框图。本实施例以主控处理器为ARM处理器SAM7X256,单片机为ATMEGA162为例进行举例，本领域技术人员应当了解，主控处理器可以为任意其他需要监测的外设较多，而系统又无法满足外设构建要求的低端处理器型号，单片机可以为任意具有SPI接口的满足主控处理器扩展需求的单片机型号。示，本SPI接口采用标准4线SPI通信方式进行数据透明传输。为便于软件编程及传输的可靠性，增加控制及中断信号实现主从通信的硬件握手。SPI通信信号线主要包括SPI片选信号(NPCS)、SPI时钟信号(SPCK)、数据输入信号(MOSI)、数据输出信号(MISO)、接收中断信号(IRQ)、命令和数据选择信号(CMD)。对应信号接口之间需要串接限流和隔离电阻。其中，IRQ为主从机握手信号，低电平有效，单片机(以下简称从机)有数据需要上传时通过此信号通知主控处理器(以下简称主才几)，该信号通常为高电平(逻辑1)，当从机有数据时产生低脉冲输出(逻辑0),低脉沖保持时间不小于5|iS;CMD为命令和数据选择信号，高电平(逻辑1)表示主机通过SPI对从机进行命令操作，低电平(逻辑0)表示主机通过SPI对从才几进行数据4喿作。通过以上连接方式实现主才几与从机之间通信的硬件握手。10下面结合图1和图2对本发明实施例的外围通讯接口的扩展装置/方法进行举例说明ATMEGA162内置两个通用同步和异步串行收发(UniversalSerialAsynchronousReceiver/Transmitter,简称USART)控制端口USARO和USARl,可工作在RS232模式和RS485模式，当工作在RS232模式时提供接收(RX)和发送(TX)通信信号；需要外接全线Modem时，可采用通过4丸行输入/输出端口进4亍凄t4居交才吳的才莫式(ProgrammingInput/OutputMode,简一尔为PIO)，即PIO模式模拟其余的控制及握手信号。主控处理器SAM7X256与ATMEGA162之间采用SPI主从通信，信息传输方式采用透明传输。对于下行链路，主控处理器SAM7X256将打包好的数据(包括校验信息)，配合相应的SPI控制协议和控制信号，通过SPI接口发送至ATMEGA162，ATMEGA162将从SPI接口接收到的数据校验后直接发送到相应的通讯端口USARO或USARl;对于上行链路，ATMEGA162将USARO或USARl通讯端口接收到的数据(包括校验信息)，配合相应的SPI控制协议和控制信号，发送至SAM7X256的SPI接口。通过以上方式即可实J见USARO或USARl与SAM7X256的双向串口通信，即实现SAM7X256串口的扩展。上述实施例以通过单片机扩展主控处理器的串口为例举例说明，但实际才喿作中，还可以通过单片机扩展其它通讯接口。方法实施例图3为根据本发明的扩展外围通讯接口的方法实施例流程图，如图3所示，包^":步骤301:主控处理器通过SPI接口向单片机发送包含控制标识及对功能配置参数的控制信息；步骤302:单片机^4居控制信息中的功能配置参数对单片机的外部接口进行功能配置；步骤303:主控处理器向单片机发送对单片才几的外部接口进行操作的包含操作标识及待操作数据的数据信息；步骤304:单片机解析数据信息，根据操作标识所对应的操作将待操作数据发送到单片机的外部接口；步骤305:单片机将从单片机的外部接口获取的数据通过SPI接口发送到主控处理器。下面结合图2实施例装置的示意图，对本发明方法实施例进行说明，实现主控处理器与单片机之间的SPI通信，需要添加一些必要的控制信号及控制协议来实现主控处理器与单片机的握手和数据通信的可靠传输。本发明方法实施例中采用如下SPI接口传输协议来保证数据传输的可靠性。其中，主控处理器通过SPI4妄口向单片才几发送包含控制标识及功能配置参数的控制信息的操作包括主控处理器在功能配置参数中设置以下至少之一单片机外部接口的选择信息、波特率、数据位数、校验位数、停止位；主控处理器通过SPI接口向单片机发送包含控制标识及功能配置参数的控制信息。具体地，如图2所示，CMD为命令和数据选择信号，在主控处理器进行命令操作时，CMD发送高电平信号作为控制标识，表示进行命令操作，SPI接口通信依据传输内容设置一命令帧(对应于上述的功能配置参数)来对单片机的通讯端口进行功能配置，其具体才各式^口表一。表1命令帧格式高字节MSB低字节LSB命令字节控制字节命令帧主要是对单片机相应通讯端口进行功能配置，包括单片接外部接口的选择、配置串行端口波特率、校验位数、数据位数、停止位等参数。命令帧采用等长的帧，每帧由2字节组成，其中高字节为命令字节，低字节为控制字节。主控处理器在发送命令时，发送包含高电平的CMD信号(控制标识)及功能配置参数(命令帧)的控制信息。下面对表1中命令字节的含义进行举例说明命令字字节的最高位用来表示读写控制，O表示写，l表示读，其余6位表示控制命令，具体的功能如表2。表2命令字节中各命令编号及对应的功能<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表1中控制字节的含义如表3所示:表3控制字节中各位对应的功能Bit[15:12]Bit[ll:8]Bit[7:6]Bit[5:4]Bit[3:l]BitO保留波特率数据位流控制奇偶校验停止位在图2所示实施例中，单片才几具有串口0与串口1，则表3表示对串口O和串口1的控制字节，控制字节分两次传送，高8位为字节1,低8位为字节0,控制字节中的各字段的详细描述如表4所示表4控制字节中各字段详细描述字段定义描述备注BitO停止位0-1位停止位1-2位停止位Bit[3:lJ奇偶校验000-无奇偶校验謝-奇校验010-偶校-险011-标志100-空格Bit[5:4]流控制oo-无01-硬件10-软件11-自定义Bit[7:6]数据位00-6位数据位01-7位数据位<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>本发明方法实施例中的主控处理器向单片机发送对单片机的外部接口进行操作的包含操作标识及待操作数据的数据信息包括主控处理器在操作标识中设置如下至少之一数据操作的方式信息、选择操作的单片机的外部接口信息、及待操作数据的数据长度；主控处理器向单片机发送包含操作标识及待操作数据的数据信息。其中，单片机解析数据信息，根据操作标识所对应的操作将待操作数据发送到单片机的外部接口包括单片机解析数据信息，获得数据操作的方式信息、选择操作的单片机的外部接口信息、数据长度信息、及待操作数据；单片机根据数据操作的方式信息将数据长度的待操作数据发送到选择操作的单片机的外部接口信息对应的外部接口。具体地，如图2所示，CMD为命令和数据选择信号，在主控处理器进行命令操作时，发送低电平信号，表示进行数据操作，SPI接口通信依据传输内容设置一数据帧来实现主控处理器与单片机之间的数据传输，如表5所示表5数据帧格式数据帧头数据体(1~n)数据帧长度可变，主要包括2个字段，即数据帧头(操作标识)和数据体，数据帧头可设置为固定长度(如2个字节)，作为数据的操作标识，数据体指主控处理器与单片机交换的除控制命令之外的待操作的数据内容，长度由各个端口的实际需要通信的字节数决定，数据体为不定长(l-n个字节)。数据帧头由2字节组成，含义及详细描述如表6及表7所示表6数据帧头各位对应的含义<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表7数据帧头各字段对应的描述<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>其中，如表7所示，单片机接收到主控处理器发送的数据信息，根据Bitl5获得数据操作的方式为读或写，根据Bitl[14:12]获得选择操作的单片机的外部接口信息，根据Bit[11:0]获得数据体的长度，即待操作数据的长度，从而可以准确的对后面数据体中的数据进行截取。综上所述，借助于本发明实施例才是供的上述技术方案，可以大大减少扩展成本、减少器件使用数量和印刷电路板的面积、提高系统设计的灵活度。以上所述^f又为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，;寸于本领i或的^支术人员来"i兌，本发明可以有各种更改和变4匕。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求1.一种外围通讯接口的扩展装置，其特征在于，包括主控处理器以及与所述主控处理器的SPI外部接口连接的单片机，其中，所述单片机通过SPI通信方式经由所述SPI外部接口与所述主控处理器进行通信。2.4艮据4又利要求1所述的外围通讯4妾口的扩展装置，其特征在于，所述主控处理器通过所述SPI接口将^t据发送到所述单片才几的外部4妄口，所述单片才几将从其外部接口4妄收的数据发送到所述主控处理器的所述SPI外部4妄口。3.根据权利要求1所述的外围通讯接口的扩展装置，其特征在于，还包括一个或多个扩展通讯接口芯片，与所述单片机的外部接口连4妄，用于通过所述单片才几的外部接口与所述主控处理器进行通讯。4.才艮据4又利要求3所述的外围通讯4妻口的扩展装置，其特征在于，还包4舌一个或多个电平转换芯片，与所述单片4几的外部4妄口及所述一个或多个扩展通讯接口芯片连接，用于将所述单片机的外部冲妄口电平转换为所述一个或多个扩展通讯接口芯片的电平。5.根据权利要求1-4中任一项所述的外围通讯接口的扩展装置，其特4正在于，所述主控处理器为ARM处理器SAM7X256,并且/或者，所述单片机为ATMEGA162。6.—种外围通ifU妾口的扩展方法，其特4正在于，将主控处理器通过SPI接口与单片机相连，包括所述主控处理器通过所述SPI4妄口向所述单片才几发送包含控制标识及功能配置参数的控制信息；所述单片机根据所述控制信息中的所述功能配置参数对所述单片冲几的外部接口进行功能配置；所述主控处理器向所述单片冲几发送对所述单片才几的外部接口进行操作的包含操作标识及待操作数据的数据信息；所述单片才几解析所述数据信息，根据操作标识所对应的操作将所述待操作数据发送到所述单片机的外部接口；所述单片机将从单片机的外部接口获取的数据通过SPI接口发送到所述主控处理器。7.才艮据权利要求6所述的外围通讯接口的扩展方法，其特征在于，所述主控处理器通过所述SPI4妄口向所述单片才几发送包含控制标识及功能配置参数的控制信息的操作包括所述主控处理器在所述功能配置参凄t中i殳置以下至少之一单片机外部接口的选择信息、波特率、数据位数、校验位凌t、^f亭止位；所述主控处理器通过所述SPI4妄口向所述单片才几发送包含控制标识及功能配置参数的控制信息。8.根据权利要求7所述的外围通讯接口的扩展方法，其特征在于，所述单片机根据所述控制信息中的功能配置参数对所述单片机的外部接口进行功能配置包括所述单片机根据所述功能配置参数选择单片机对应的串行端口、配置所述串行端口的波特率、数据位数、校验位数及停止位。9.根据权利要求6-8中任一项所述的外围通讯接口的扩展方法，其特征在于，所述主控处理器向所述单片机发送对单片机的外部接口进行操作的包含操作标识及待操作数据的数据信息包括所述主控处理器在所述，喿作标识中i殳置如下至少之一#t据操作方式信息、选择操作的单片机的外部接口信息、及所述待操作数据的数据长度信息；所述主控处理器向所述单片冲几发送包含所述纟喿作标识及所述待操作数据的数据信息。10.根据权利要求9所述的外围通讯接口的扩展方法，其特征在于，所述单片才几解析所述数据信息，才艮据才喿作标识所对应的操作将所述待操作数据发送到所述单片机的外部接口的操作包括所述单片机解析数据信息，获得所述数据操作方式信息、选择操作的单片机的外部接口信息、数据长度、及所述待操作数据；所述单片机根据所述数据操作方式信息将所述待操作数据发送到所述选择操作的单片机的外部接口信息对应的外部接口。全文摘要本发明提供了一种外围通讯接口的扩展装置及方法，其中，该装置包括主控处理器以及与所述主控处理器的SPI外部接口连接的单片机，所述单片机通过SPI通信方式经由所述SPI外部接口与所述主控处理器进行通信。本发明可有效节约扩展成本、减少器件使用数量、提高系统设计的灵活度。文档编号G06F13/38GK101246462SQ20081008636公开日2008年8月20日申请日期2008年3月26日优先权日2008年3月26日发明者涛宋申请人:中兴通讯股份有限公司