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面向数据通信的UART和桥接芯片解决方案
UART综述 图1显示了两个使用UART进行串行通信的系统。UART支持多系统间的串行通信，它的发送器功能是将并行数据发送至传送FIFO暂存，而后串行发出。因此UART可减轻处理器的工作负担，将并行数据传输无缝转换为串行方式，实现对每个通道的串行通信的管理并检查串行数据通信的错误。
图2显示了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的典型UART数据传输。其中发送数据（TxD）和接收数据（RxD）均为数据信号，其他信号（RTX、CTS、DTR、DSR）则用于握手和控制，以避免数据丢失。
飞利浦UART方案 综述 飞利浦的UART系列包括工业UART系列和16C UART系列。工业UART系列包括SCC26、SCC68、SC26C、SC28C、SC28L。其中SC28L201/202是两款高速、低功耗的单/双UART，具有实时数据错误检测、智能中断仲裁及256字节的FIFO；SC16CxxxB是先进的高速产品，电压范围更广，其波特率为5Mbps，具有高速总线周期。 飞利浦的UART产品可以提供的特性包括：产品线宽广，1~8通道器件适用于不同应用；工业级温度；低功耗，适用于使用电池的系统；扩展的中断系统和自动RS485功能，降低了软件和处理器开销；硬件和软件数据流控制，可以防止数据丢失，摩托罗拉或英特尔接口可选，兼容性好，设计周期短。 此外，独立的飞利浦UART还支持自动回传、用于在系统中调试的回传功能以及可用于无线点到点数据通信的IrDA接口。 飞利浦UART应用广泛，随处可见：基站、导航系统等电信或网络通信系统；电脑、打印机等计算系统；MP3、自动售货机等消费类产品及汽车控制箱、煤气表等工业或汽车产品中都能看到它的身影。 飞利浦UART正在不断地进行优化，以满足各种新设计的要求。目前它可以为IrDA、蓝牙、GPRS和GPS等各种不同的无线设备提供通信能力，其解决方案包括支持额外的通道、深的FIFO、快速总线周期、高波特率、先进的中断系统与RS232和RS485通信。通过使用飞利浦UART，CPU可以更多地关注于其他任务。图3给出了典型的UART系统与RS485串行接口的通信示意。
下面将以单通道UART芯片SC28L201与双通道UART芯片SC28L202为例，详细阐释飞利浦UART产品的特性、优势及应用范围。 高性能单通道UART芯片SC28L201属于工业UART系列，而SC28L202则是双通道UART芯片。两种芯片都为全双工独立UART，拥有256字节的FIFO供接收器和发送器。 其特性包括： 13个可编程I/O端口，3V和5V工作电压，允许5V输入 为摩托罗拉或英特尔总线接口设计的引脚选择 波特率最高可达3.125Mbps，自动的RTS/CTS和Xon/Xoff数据流控制 掉电模式（< 10 A）与Xon/Xoff字符识别 16位可编程计数器/计时器 智能中断仲裁系统（I2A） 专为RS485应用提供的自动唤醒（9位）模式 线路中断检测和状态变化检测 接收器超时模式和接收器的看门狗定时器 实时传输错误校验 中断请求和确认引脚 工业级的温度范围和48针TSSOP封装
1）通过智能中断仲裁（I2A）特性可将与中断服务相关的CPU开销降至最低，从而提高了系统性能，使得处理器得到解放。其中，智能中断仲裁（I2A）是一种用于判断中断请求是否应当发往主机的过程，它的作用是仲裁多个中断请求，识别最高优先级的中断请求并将中断向量内容报告给主机。其优势在于能将CPU中断开销降至最低，使得处理器有更多的时间来处理其他功能，同时提供了通道数、中断源、以及FIFO充满程度。 2）实时数据错误校验特性，用于实时验证正确的数据是否抵达目的地，确保了数据的高度完整性。减轻处理器在按字节检验方面的负担，减少为处理器检验而发回数据块带来的延时。如图4所示。
图中蓝线显示的是数据在进行存储和发送，而后它与半位时间延迟接收到的数据相对比。红线显示的是远端UART传输的接收数据。其中，任何一个错误都将产生一个中断。 3）支持处理器在每个中断发送一个大的数据包，可在接收器FIFO时提供短信息告警，以确保数据的吞吐量，更可以预防数据丢失和避免数据的重新传输。 上述两器件的应用范围，包括：电信/网络（如：路由器、服务器、VoIP系统）、消费类电子设备和安全设备、工业控制设备和医疗设备、便携设备（如：移动电话、PDA、GPRS、游戏机）、多路工业远程终端（如：显示器、传感器、仪表）、POS系统（如：售货机屏幕、银行终端、加油站）及远程访问路由器（如：控制台、终端、诊断机、调制解调器）等。
桥接芯片是管理不同总线接口之间通信的新一代接口解决方案，目的在于克服主机接口到外设之间的限制，它的优点包括使设计更加灵活、可保持原有的产品设计方案、缩短产品进入市场的时间并能将原有系统和新系统连接起来。 飞利浦的桥接芯片产品包括：SC16IS7xx、SC18IS60x和SC18IM70x。这些产品在设计时都考虑了低功耗、低电压、高数据吞吐量、高数据完整性等特性。其中，SC16IS7xx是以SPI或I2C为主连接到UART的产品，它拥有最小限度主机连接、支持RS485、包含IrDA支持无线连接； SC18IS60x是以SPI为主连接到I2C总线的控制器，全双工高速SPI主接口带快速I2C设备接口，可编程GPIO且可用TSSOP封装；而SC18IM70x是以UART为主连接到I2C总线的控制器，支持RS232带快速I2C设备接口。 SPI总线和I2C总线 SPI总线是4线路全双工同步串行数据连接，连接到SPI总线的设备分为主设备及从设备，主设备发起数据传输，通过芯片选择（CS）针控制从设备，互连的设备间共享同一个VCC和GND。SPI总线适用于手持和其他移动平台系统为代表的数据流传输应用。 I2C总线是飞利浦在80年底开发的内部集成电路总线。它使用两线路（SCL为串行时钟，SDA为串行数据）进行简单的主－从通信，具有支持多主设备的总线带仲裁功能，其中的每个IC设备都通过其自身地址进行识别，它对于字节传输的数量没有严格限制，具体的开始条件为--当SCL处于“高电平”（HIGH）状态时， SDA线路上有从高（HIGH）到低（LOW）的电平跳变。 SPI和I2C总线的区别在于：SPI更快，最高可达15Mbps，采用全双工的工作方式，无需“等待确认”，但需要更多连线，扩展也要求有额外的芯片选择引脚；而I2C线路更少，更容易连接设备，成本更低，但属于半双工，速率更低（400kHz），在设备地址识别和等待确认方面的时间开销更大。 SC16IS7xx 下面将以SC16IS7xx为例，阐桥接解决方案的特性、优势及应用范围。SC16IS7xx是I2C或SPI主接口连接到UART（RS232/RS485）/IrDA/GPIO设备的桥接解决方案。 SC16IS7xx的主要特性包括： 全双工UART、可选I2C或SPI主总线接口； 连接到VDD的I2C/SPI针适用于I2C总线接口，连接到GND的适用于SPI总线接口； 2.5V或3.3V操作，允许5V输入； 低功耗：睡眠模式< 30 A，操作 < 6mA； UART波特率最高5Mbps； 64字节FIFO； 独立的使能/取消发送器和接收器； 自动硬件和软件数据流控制； 自动RS485支持，RS485自动检测； 硬件和软件复位，POR（上电复位，Power-On Reset）； IrDA SIR速率最高1.152Mbps，I2C速率最高400Kbps，SPI速率最高15Mbps； 8个可编程GPIO； 时钟频率在2.5V时最高为48MHz，3.3V时最高为80MHz； 工业级温度，可用HVQFN、TSSOP封装。 SC16IS7xx的优点包括：可以大大减少到主机的连线；兼容工业标准UART；支持I2C或SPI总线主机接口；自动UART数据流控制，可预防数据丢失；8个可编程I/O针，用于调制解调器控制、键盘和LED灯；可降低连接多个设备的成本及系统中的硬件和软件资源开销。 SC16IS7xx的应用领域包括：同步到异步的接口；SPI / I2C到RS232或RS485的通信； IrDA无线通信；需要更多UART信道或要求更高性能UART的SPI / I2C系统。典型应用范例包括：移动电话、网络诊断终端；工业面板接口；移动访问服务器；蓝牙和GPRS接口； 无线IrDA数据端口及游戏机等。
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