可配置的通用同步异步串行通信调试器及其调试方法

摘要

可配置的通用同步异步串行通信调试器及其调试方法是一种应用于通信、计算机和自动控制领域的串行通信的调试装置及其调试方法，尤其是一种应用于多种不同串行通信格式的可配置的通用同步异步串行通信调试器及其调试方法。调试器的调试方式有两种，一是交互式，二是透传式，交互式调试时，两个串口独立进行工作，分别与待调试的目标模块相配合；透传式调试时，两个串口与待调试的目标模块构成环路，参与待调试的目标模块间的通信；串口调试应用程序工作在主处理器模块(1)上，分为两个部分，即配置管理程序和调试程序，可以依据需要方便地选择配置通信中所需的硬件互控信号，方便地转储调试数据。

说明书

技术领域

本发明是一种应用于通信、计算机和自动控制领域的串行通信的调试装置及其调试方法，尤其是一种应用于多种不同串行通信格式的可配置的通用同步异步串行通信调试器及其调试方法。

背景技术

串行通信是通信、计算机和自动控制领域中应用最为广泛的一种通信方式。它具有如下优点：

●需要的物理连接线数目少；

●大量的现成通信示例程序可用；

●现有产品大量的串行接口便于互连互通；

在实际的产品中，串行通信因为应用场合不同，所以存在了多种格式。其一，串行通信的模式可能依据设备现存接口的要求，采用通用异步串行通信或通用同步串行通信的不同方式；其二，在通信速率上，由于业务等多种因素的限制，可能不局限于通常约定的比特格式、字节格式以及波特率等参数。通用异步串行通信或通用同步串行通信的通信格式示例如图4所示。

由于缺乏监控手段，上述因素的复杂性导致我们在设计与调试串行通信接口的过程中遇到很多麻烦，现有的仿真器和调试器都有各自的局限性，无法与实际待调试的目标模块配合工作，无法满足灵活变换通信格式和工作方式等要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种能够适应多种串行通信格式的可配置的通用同步异步串行通信调试器及其调试方法，使得其一，可以依据需要选择配置通用异步串行通信或通用同步串行通信的通信方式；其二，可以依据需要配置通用异步串行通信或通用同步串行通信的比特格式、字节格式以及波特率等参数；其三，可以依据需要方便地选择配置通信中所需的硬件互控信号；其四，可以方便地转储调试数据。

技术方案：本发明是可配置的通用同步异步串行通信调试器(以下简称调试器)及其调试方法，待调试的目标模块通过约定的串行通信接口与本调试器相连接。该调试器包括主处理器模块、存储模块、以太网接口模块、串口控制台模块、USB主机接口模块、通用同步异步串行接口模块、EPLD模块以及电源模块。其中，主处理器模块通过内存总线与存储模块相连接；主处理器模块通过MII接口与以太网接口模块相连接；主处理器模块的两个串行接口的部分通信线直接接往可配置通用同步异步串口模块，另一部分串口通信控制信号经由EPLD接口逻辑模块接往可配置通用同步异步串口模块；主处理器模块的调试串口接串口控制台模块，经串口控制台模块的电平转换后与外部连接使用，主处理器模块的USB接口通过USB主机接口模块提供一个USB主机接口。

首先，主处理器模块是系统核心，它通过内存总线与存储模块相连，构成调试器的最小可运行系统，它负责运行操作系统、各接口驱动程序和串口调试应用程序。其次，主处理器模块通过调试串口与串口控制台模块相连，还通过MII接口与以太网接口模块相连，这样参与调试的辅助计算机可以用多种常用协议与调试器相连接，方便地观测调试状态，配置调试器和传递调试数据；主处理器模块通过USB接口与USB主机接口模块相连，这样可以扩展调试器的外部存储空间，以外插U盘的方式方便地、大批量转储调试结果或加载调试数据。再次，通用同步异步串行接口模块负责对主处理器模块提供的同步或异步串行通信信号进行驱动和输出，利用EPLD模块还可以方便地修改逻辑接口以满足特殊串行通信的控制信号的要求。

调试器的调试方式有两种，一是交互式，二是透传式，交互式调试时，两个串口独立进行工作，分别与待调试的目标模块相配合；透传式调试时，两个串口与待调试的目标模块构成环路，参与待调试的目标模块间的通信；串口调试应用程序工作在主处理器模块上，分为两个部分，即配置管理程序和调试程序，其中，配置管理的流程如下：

1)系统加电或复位后，主处理器模块进行自检后负责从存储模块加载运行操作系统Linux和以太网接口模块驱动、串口控制台模块驱动，

2)主处理器模块负责从存储模块加载配置管理程序，此后配置管理程序等待从以太网接口模块或串口控制台模块到来的配置管理命令，

3)配置管理命令到达主处理器模块的配置管理程序后，配置管理程序对命令进行解析，

4)如果命令是配置调试的话，那么主处理器模块首先从存储器模块加载通用异步串行通信或通用同步串行通信的接口驱动程序，然后对通用同步异步串行接口模块中涉及的通用异步串行通信或通用同步串行通信的信号参数进行设定，包括比特格式、字节格式以及波特率，最后从存储模块加载调试程序，并传入调试参数，

5)如果命令是停止调试的话，那么主处理器模块首先向调试程序发出停止的信号和命令，然后卸载相应的通用异步串行通信或通用同步串行通信的接口驱动程序；

调试的流程如下：

1)启动调试程序，获取调试参数，同时开启定时器，

2)打开通用同步异步串行接口模块上的串行口，准备发送和接收操作，

3)定时从存储模块或经由以太网接口模块、USB主机接口模块加载串行数据或加载参数所指定的图案供发送函数使用，

4)定时转储来自接收函数的接收结果到存储器模块或经由以太网接口、USB主机接口模块转储，

5)定时更新收、发和速率统计结果，

6)检测是否收到结束调试的命令，

7)如果没有收到命令或信号，那么转到步骤13)重复进行，

8)如果收到命令，那么结束调试程序。

通用异步串行通信中，设定有效比特位5-9比特，设定起始和停止位为1，1.5，2比特；设定300bps-5Mbps波特率，指明高位在先，还是低位在先。

通用同步串行通信中，设定有效比特位5-9比特，设定起始和停止位为1，2比特；设定300bps-10Mbps波特率，指明高位在先，还是低位在先，还可以通过外供时钟使用不同波特率。

有益效果：该发明具有如下优点：

1.在一个调试器上同时实现了通用异步串行通信或通用同步串行通信的通信方式；可以方便地配置该调试器所用的通信方式；

2.在一个调试器上同时实现了透传式和交互式的调试应用方式；

3.可以方便地更改调试所需要的的比特格式、字节格式以及波特率等参数，以及所需要的控制信号；

4.通用同步串行通信中接收和发送两个方向上可以设定不同的波特率，还可接收外供时钟；

5.提供了USB主机接口以及以太网接口，可以大容量转储或加载调试数据；

6.提供了基于以太网接口模块和串口控制台模块的多种控制方式：包括远程登录的控制台方式(Telnet)，本地登录的串口控制台方式，以及网络文件系统(NFS)转储等。

7.所有电路器件和设计均满足工业级宽温的工作条件(-40℃~85℃)。

附图说明

图1是本发明应用场景示意图。

图2是本发明调试方法流程图。

图3是本发明的电路模块结构示意图。其中有：主处理器模块1、存储模块2、以太网接口模块3、串口控制台模块4、USB主机接口模块5、通用同步异步串行接口模块6、EPLD模块7以及电源模块8。

图4是串行通信格式示例图。

图5、图6、图7和图8为本发明的电路原理图，其中图5为主处理器模块U1和复位电路U2的电路原理图；图6为存储模块U3、U4和U5的电原理图；图7包含两部分，一个是以太网接口模块U6、U7、U8、U9和U10的电原理图，另一个部分是电源模块U11和U12构成的电原理图；图8是串口控制台模块4、USB主机接口模块5、通用同步异步串行接口模块6以及EPLD模块7的电路原理图。

具体实施方式

在结构上，可配置的通用同步异步串行通信调试器，其特征在于该调试器包括主处理器模块1、存储模块2、以太网接口模块3、串口控制台模块4、USB主机接口模块5、通用同步异步串行接口模块6、EPLD模块7以及电源模块8。其中主处理器模块1是系统核心，它通过内存总线与存储模块2相连，主处理模块1通过调试串口与串口控制台模块4相连，还通过MII接口与以太网接口模块3相连，主处理器模块1通过USB接口与USB主机接口模块5相连，通用同步异步串行接口模块6负责对主处理器中提供的不同的同步或异步串行通信信号进行驱动和输出，利用EPLD模块7还可以方便地修改逻辑接口以满足特殊串行通信的要求。

主处理器选择了ATMEL公司提供的AT91RM9200。选型时主要考虑以下因素：处理能力：使用ARM920T^TM内核，工作频率为180MHz时可达到200MIPS；宽温支持：-40℃~85℃；集成控制器种类丰富：以太网MAC控制器，USB主机控制器和多个串行通信控制器。

以太网模块选择了INTEL公司的LXT971ALE，主要考虑了10/100M兼容，以及工业级宽温支持；

存储模块的SDRAM单元选择了Micron公司的MT48LC8M16A2TG-75IT，FLASH单元选择了INTEL公司的TE28F640J3C-120，主要考虑存储容量可满足操作系统与串口调试应用程序的要求，同时支持工业级宽温。

图3给出了分模块构成的框图，主处理器模块1基于ATMEL9200构建而成。提供内存总线、MII接口、串行通信信号以及USB接口等。在图5中由U1和U2组成。

存储模块2基于SDRAM芯片MT48LC8M16A2TG-75IT和FLASH芯片TE28F640J3C-120构成，通过内存总线和主处理器模块1相连接，在图6上由U3、U4和U5构成。

以太网接口模块3基于物理层接口芯片LXT971ALE构成，通过MII接口和主处理器模块1相连接，变压器选择了H1260/11F-05PE，在图7上由U7、U8、U9、U10和U11构成。

串口控制台模块4基于美信的MAX3232E构成，主处理器模块1的调试串口经过该芯片做电平变化，转换成标准的RS232电平。在图8中由U14构成。

USB主机接口模块5由一些阻容网络和电源信号构成，最终输出到J3插座上。主处理器模块的USB接口信号线通过阻容网络与供电信号以及地信号构成标准USB主机接口信号。在图8中参见J3和相关电容、电阻。

通用同步异步串行接口单元6提供主处理器模块的两路串行接口信号到插座。在图8中参见J1、J2和相关供电以及地信号。

EPLD模块7由Altera公司的EPM3064A构成。主处理器模块1的一些通用输入输入信号通过该EPLD形成控制信号连接到通用同步异步串行接口模块6，提供一些可选择的特殊串行通信控制信号，该模块可依据特殊要求通过JTAG插座(J51)进行重新编程。参见图8中U13和J4。

电源模块8基于AD公司的LT1959IS8以及LT1963ES8构成，为整个系统提供3.3v和1.8v的供电电压。参见图7中U11和U12。

调试器的应用方式有两种：一是交互式(详见附图1a)，二是透传式(详见附图1b)。交互式调试时，两个串口分别独立进行工作。透传式调试时，两个串口与待调试的目标模块构成环路，参与待调试的目标模块间通信。

调试器的工作过程如图2所示。串口调试应用程序工作在主处理器模块上。分为两个部分：配置管理程序和调试程序。配置管理程序的详细流程如下：

1、系统加电或复位后，主处理器模块1进行自检后负责从存储模块2加载运行操作系统Linux和以太网接口模块3的驱动、串口控制台模块4的驱动等。

2、主处理器1负责从存储模块2加载配置管理程序，此后配置管理程序等待从以太网接口模块3或串口控制台模块4到来的配置管理命令。

3、配置管理命令到达主处理器1的配置管理程序后，配置管理程序对命令进行解析。

4、如果命令是配置调试的话，那么主处理器1首先从存储器模块2加载相应的通用异步串行通信或通用同步串行通信的接口驱动程序，然后对通用同步异步串行接口模块6中涉及的串行通信信号参数进行设定。包括串行通信比特格式、字节格式以及波特率等等，最后从存储模块2加载调试程序，将其余的调试参数传递给它。

5、如果命令是停止调试的话，那么主处理器模块1首先向调试程序发出停止的信号和命令。然后卸载相应的通用异步串行通信或通用同步串行通信的接口驱动程序。

调试程序的详细流程如下：

1、启动调试程序，获取调试参数，同时开启定时器。

2、打开通用同步异步串行接口模块6上的串行口，准备发送和接收操作；

3、定时经由存储模块2、以太网接口模块3或USB主机接口模块5加载串行数据或加载参数所指定的图案供发送函数使用；

4、定时将来自接收函数的接收结果转储到存储器模块2或经由以太网接口3、USB主机接口模块5转储；

5、定时更新收、发和速率等统计结果。

6、检测是否收到结束调试的命令。

7、如果没有收到命令或信号，那么转到步骤3重复进行。

8、如果收到命令，那么结束调试程序。

在调试器侧外部通用同步异步串行接口模块6的设计上，为了适配不同通用异步串行通信或通用同步串行通信的需求，本发明可调整各种参数，最终满足以下特性。

●在通用异步串行通信中，可设定有效比特位5-9比特，可以设定起始和停止位为1，1.5，2比特；可以设定300bps-5Mbps波特率，可以指明高位在先(MSB)，还是低位在先(LSB)；

●在通用同步串行通信中，可设定有效比特位5-9比特，可以设定起始和停止位为1，2比特；可以设定300bps-10Mbps波特率，可以指明高位在先(MSB)，还是低位在先(LSB)；还可以通过外供时钟使用不同波特率；

●可以配置进行硬件的奇偶校验。