专利名称：串口集线器及多串口高速通讯方法
技术领域：
本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种串口集线器及其通讯方法。
背景技术：
目前由于电脑的开发日新月异，电脑后端的接口的变化也越来越快。新一代的电 脑，后端仅有一个串口。但是在很多行业中，仅仅有一个串口是远远无法满足需求的。在这种情况下，为了使一个串口可以连接更多的串口设备，常常使用具有多个输 出端的集线器进行转接，这样就能使一个串口连接多个串口设备。但是，现有的集线器却无 法解决串口通讯中普遍存在一些问题1、由于数据的传输在前后两个设备会存在细微的差异，从而产生误码，特别在设 备全速传输时，误码率会非常高，因而造成现有的串口无法全速运行，这样导致在一些高可 靠性的行业无法使用。2、串口仅支持单一的波特率，这样就使得某些特定的设备无法适用，大大限制了 应用领域。而在一些行业中，如果串口数量不够的话，那么只能淘汰电脑，特定购买指定的带 多个串口的电脑，令每一个设备独立针对一个串口，但是这样就增加了电脑的购置成本。综上所述，现有的串口集线器存在通讯速度低、误码率高、适用范围小的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种串口集线器，以解决现有的串口集线器存在通讯速度 低、误码率高、适用范围小的问题。本发明的另一目的是提供一种多串口高速通讯方法，以解决现有的串口集线器在 通讯时，速度低、误码率高的问题。本发明提出一种串口集线器，用于使主机与外部设备进行全速通讯，其包括处理 单元和串口数据切换单元。处理单元主机相连，用于处理从主机发送过来的数据和指令信 号。串口数据切换单元与处理单元相连，并与若干串行端口相连，用于根据处理单元的控制 信号切换通讯链路或者设置通讯接口参数，使主机端口与对应串行端口连接。其中，处理单 元又进一步包括通用异步收发器、软件缓存器和硬件缓存器。通用异步收发器与主机相连， 用于实现与主机之间的通信。软件缓存器与通用异步收发器相连，用于存储溢出的数据。硬 件缓存器与软件缓存器相连，用于克服软件缓存器对造成的延时。优选的，处理单元还包括时钟分频器，用于获取不同的采样频率，以满足不同波特
率的需求。优选的，处理单元为AVR单片机。优选的，处理单元为Atmega48单片机。优选的，所述串口集线器还包括四个串行端口，均与串口数据切换单元相连。本发明另提出一种多串口高速通讯方法，用于使主机与外部设备进行全速通讯，包括以下步骤(1)将外部设备接到相应的串行端口。(2)接收主机输出的指令信号。(3) 根据指令信号切换通讯链路或者设置通讯接口参数，使主机端口与对应串行端口连接。(4) 进行通讯，并利用一软件缓存器存储溢出的数据。(5)利用一硬件缓存器克服该软件缓存器 造成的延时。优选的，在接收到主机输出的指令信号后还包括步骤分频出不同的采样频率，以 获得和外接设备相匹配的波特率。相对于现有技术，本发明的有益效果是1、本发明使电脑主机可以同时连接多个不同的串口设备，可以根据设备需要来变 换波特率，且兼容几乎所有的串口设备，具有很广的适用范围。2、本发明采用了硬件缓存技术与软件缓存技术相结合的技术，可以极大地降低全 速通讯时的误码率，从而可以保证整个设备的全速传输，大大提高了设备的通讯速率，并使 其完全可以应用在高可靠性要求的行业上。3、本发明可以采用AVR单片机等高速器件，可以进一步地提高设备的通讯速率。
图1为本发明串口集线器的一种实施例架构图；图2为本发明处理单元11的一种实施例电路图；图3为本发明串口数据切换单元的一种实施例电路图；图4为本发明多串口高速通讯方法的一种实施例流程图。
具体实施例方式请参见图1，其为本发明串口集线器的一种实施例架构图。此串口集线器包括处理 单元11、串口数据切换单元12和四个串行端口(端口 A、端口 B、端口 C、端口 K)。处理单元 11分别连接主机10和串口数据切换单元12，用于处理从主机发送过来的数据和指令信号， 并对串口数据切换单元12进行控制。串口数据切换单元12是一个通讯链路的矩阵，其分 别和四个串行端口相连，用于根据处理单元11的控制信号切换通讯链路或者设置通讯接 口参数，使主机10端口与对应串行端口连接。其中，处理单元11又进一步包括通用异步收发器13、软件缓存器14硬件缓存器 15和时钟分频器 16。通用异步收发器 13 (UniversalAsynchronous Receiver Transmitter, UART)分别与主机10与串口数据切换单元12相连，其实现了与主机之间的通讯。软件缓存 器14与通用异步收发器13相连，用于存储溢出的数据。硬件缓存器15分别与软件缓存器 14及通用异步收发器13相连，用于克服软件缓存器对造成的延时。时钟分频器16用于获 取不同的采样频率，以满足不同波特率的需求。当主机10要针对某个外部设备读写时，先将外部设备连接到相应的串行端口，并 通过软件发送指令将主机10端口与对应的串行端口连接到一起，建立通讯链路，然后才就 可以正常通讯了。而处理单元11是整个设备的指令控制中心，它针对从主机10发送过来 的数据，分析为指令还是数据，若为指令则进行相应的操作，切换通讯链路或者设置通讯接 口参数，同时将指令删除，确保数据干净。而串口数据切换单元12则是一个通讯链路的矩 阵，由处理单元11来控制通讯链路的切换。
4
值得注意的是，为了提高数据的传输速度，本发明采用了硬件缓存技术与软件缓 存技术相结合的技术。由于数据在传输过程中，前后两个设备会存在细微的速率差异，这里 的差异就可能会累积起来，导致数据的溢出。因此本发明的串口集线器在传输数据流时，首 先先经过软件缓存器14，将溢出的数据暂时存在软件缓存器14中，这样就可以保证数据的 不丢包。而又由于软件对数据的处理速率和硬件对数据的处理速率是存在差异的，这部分 的差异，本发明是通过硬件缓存器15来解决，因为这种速率差异是不会累加的，所以采用 一个硬件缓存器15就可以克服中间的速率差异。通过硬件缓存技术与软件缓存技术相结 合的技术，可以极大地降低本发明的串口集线器在全速通讯时的误码率，从而可以保证整 个设备的全速传输，使其完全可以应用在高可靠性要求的行业上。另外，由于串口仅支持单一的波特率，因此本发明可以通过处理单元11内部的时 钟分频器16获取不同的采样频率。当不同波特率的外部设备连接到串口集线器上时，可以 通过时钟分频器16分频出不同的波特率，从而使其与外部设备的波特率相匹配，然后进行 采样数据或发送数据。特别的，本发明的处理单元11可以采用AVR单片机。由于AVR单片机采用增强的 RISC (Reduced Instruction Set Computing，精简指令集)结构，使其具有高速处理能力， 在一个时钟周期内可执行复杂的指令，每MHz可实现IMIPS的处理能力，使得本发明的串口 集线器可以有很高的通讯速率。请参见图2，其为本发明处理单元11的一种实施例电路图。 此处理单元11采用的是AVR系列的Atmega48单片机，其中PD5脚和PD6脚连接到串口数 据切换单元12，用来输出控制信号。请参见图3，其为本发明串口数据切换单元12的一种实施例电路图。此串口数据 切换单元12采用的是模拟开关⑶4052B芯片，其A脚和B脚分别连接处理单元11，用于接 收控制信号来切换通讯链路。其RXl Rx4脚作为信号输入端，通过串行端口连接外部设 备。TXl TX4脚作为信号输出端，连接外部设备。而信号P3.1则连接到处理单元11。信 号TXl连接主机。当然，上述仅为本发明串口集线器较佳的实现方式，但并不以此限制本发明，各部 分可以根据实际需求进行调整。例如串行端口的数量除了四个之外，也可以根据实际需要 增加或减少。波特率的大小可以根据外部设备的需要进行灵活变换。相应于上述串口集线器，本发明另提出了一种多串口高速通讯方法，请参见图4， 其包括以下步骤S401，将外部设备接到相应的串行端口。S402，接收主机输出的指令信号。S403,根据指令信号切换通讯链路或者设置通讯接口参数，使主机端口与对应串 行端口连接。S404，分频出不同的采样频率，以获得和外接设备相匹配的波特率。S405，进行通讯，并利用一软件缓存器存储溢出的数据。S406，利用一硬件缓存器克服该软件缓存器造成的延时。本发明具有以下优点1、本发明使电脑主机可以同时连接多个不同的串口设备，可以根据设备需要来变 换波特率，且兼容几乎所有的串口设备，具有很广的适用范围。
5
2、本发明采用了硬件缓存技术与软件缓存技术相结合的技术，可以极大地降低全 速通讯时的误码率，从而可以保证整个设备的全速传输，大大提高了设备的通讯速率，并使 其完全可以应用在高可靠性要求的行业上。3、本发明可以采用AVR单片机等高速器件，可以进一步地提高设备的通讯速率。以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域 的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
权利要求
一种串口集线器，用于使主机与外部设备进行全速通讯，其特征在于，包括一处理单元，与主机相连，用于处理从主机发送过来的数据和指令信号，其又进一步包括一通用异步收发器，其与主机相连，用于实现与主机之间的通信；一软件缓存器，与该通用异步收发器相连，用于存储溢出的数据；一硬件缓存器，与该软件缓存器相连，用于克服该软件缓存器对造成的延时。一串口数据切换单元，与该处理单元相连，并与若干串行端口相连，用于根据该处理单元的控制信号切换通讯链路或者设置通讯接口参数，使主机端口与对应串行端口连接。
2.如权利要求1所述的串口集线器，其特征在于，该处理单元还包括一时钟分频器，用 于获取不同的采样频率，以满足不同波特率的需求。
3.如权利要求1所述的串口集线器，其特征在于，该处理单元为AVR单片机。
4.如权利要求1所述的串口集线器，其特征在于，该处理单元为Atmega48单片机。
5.如权利要求1所述的串口集线器，其特征在于，其包括四个串行端口，均与该串口数 据切换单元相连。
6.一种多串口高速通讯方法，用于使主机与外部设备进行全速通讯，其特征在于，包括 以下步骤将外部设备接到相应的串行端口； 接收主机输出的指令信号；根据指令信号切换通讯链路或者设置通讯接口参数，使主机端口与对应串行端口连接；进行通讯，并利用一软件缓存器存储溢出的数据； 利用一硬件缓存器克服该软件缓存器造成的延时。
7.如权利要求6所述的多串口高速通讯方法，其特征在于，在接收到主机输出的指令 信号后还包括步骤分频出不同的采样频率，以获得和外接设备相匹配的波特率。
全文摘要
本发明提出一种串口集线器及多串口高速通讯方法，其串口集线器包括处理单元和串口数据切换单元。处理单元主机相连，用于处理从主机发送过来的数据和指令信号。串口数据切换单元与处理单元相连，并与若干串行端口相连，用于根据处理单元的控制信号切换通讯链路或者设置通讯接口参数，使主机端口与对应串行端口连接。其中，处理单元又进一步包括通用异步收发器、软件缓存器和硬件缓存器。通用异步收发器与主机相连，用于实现与主机之间的通信。软件缓存器与通用异步收发器相连，用于存储溢出的数据。硬件缓存器与软件缓存器相连，用于克服软件缓存器对造成的延时。本发明具有通讯速度快、误码率低、适用范围广的优点。
文档编号G06F13/38GK101894086SQ20101019565
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者林明政 申请人:昆山三泰新电子科技有限公司