通过先进的高性能UART提高串行I/O的连接性能

文章摘要：下面例子说明了更深FIFO的优点。假设UART的传输速率设置为115.2Kbps，并且字符格式为1个开始位、8个数据位和一个停止位，即有10位字符和115.2 Kbps波特率，那么UART接收一个完整的字符需要86.8 ?s时间。如果UART接收器的FIFO是16字节，那么它需要大约1.39ms(16×86.8 ?s)去填满一个接收器FIFO。这时，UART将对主机产生一个接收数据就绪中断，并且主机必须立刻去读取这个接收器FIFO中的数据，否则如果这个UART收到另外的字符，这个接收器FIFO中的数据将会溢出。有了上面的设置，在整个接收过程中，主机将每隔1.39 ms就获得一个来自UART的中

通过先进的高性能UART提高串行I/O的连接性能,标签：接口技术,微机原理与接口技术,http://www.88dzw.com

　　下面例子说明了更深FIFO的优点。假设UART的传输速率设置为115.2Kbps，并且字符格式为1个开始位、8个数据位和一个停止位，即有10位字符和115.2 Kbps波特率，那么UART接收一个完整的字符需要86.8 ?s时间。如果UART接收器的FIFO是16字节，那么它需要大约1.39ms(16×86.8 ?s)去填满一个接收器FIFO。这时，UART将对主机产生一个接收数据就绪中断，并且主机必须立刻去读取这个接收器FIFO中的数据，否则如果这个UART收到另外的字符，这个接收器FIFO中的数据将会溢出。有了上面的设置，在整个接收过程中，主机将每隔1.39 ms就获得一个来自UART的中断。但如果这个UART的接收器FIFO的容量是128字节，那么UART中断的间隔时间将为原先的8倍(128/16=8)，达到11.12 ms，主机处理UART任务的频率也将从每1.39 ms一次降到每11.12 ms一次。主机处理器可以用节省下来的时间去处理其它任务。

　　在今天的许多应用中，系统需要去读取UART上的线状态寄存器(LSR)，以首先确认在接收FIFO上是否有数据。这要求CPU每次从接收FIFO读取一个字符都要轮询LSR，这将显著增加CPU的处理时间。只有少数的独立的UART，比如NXP SC28L202 和 SC16C85x，拥有FIFO计数器，允许CPU在得到这些数据之前就找出在FIFO上的字符数量。这种方法使CPU不必每次都去读取LSR，而是直接从接收FIFO读取数据，从而进一步优化系统。

　　可编程的中断触发等级

　　在一些应用中，主机需要在固定时间内接收和响应固定长度的数据包。通过使用UART的中断触发等级，设计工程师可以对UART编程，使其在收到特定数量的字符以后，或者输出特定数量的字符之后，发出一个中断信号。目前的集成UART方案有许多预定义的触发等级，比如1、4、8或者16。这种模式的缺点是，在接收到一个不是1、4、8 或者16字节的数据包以后，设计工程师难以对UART编程以产生中断信号。NXP公司 SC16C850L/852L UART能够提供127个中断触发等级，可以灵活地对UART编程，设计工程师可以在1到 127之间任意设置中断触发等级。

　　硬件和软件流程控制提供两个通讯UART之间的自动握手机制，将CPU从防止数据在UART FIFO中溢出的任务中解放出来。许多集成的UART并不具备这个功能，在处理器带宽有限、没有时间实现硬件或者软件流程控制的场合，该功能非常关键。越来越多的独立UART具备这个功能，这让设计工程师可以进一步降低CPU的工作量。

　　如今对高速UART的需求越来越大。目前的连接解决方案，如蓝牙，要求UART在低电压下可以提供高达3Mbps的速度。有了新一代的独立UART，系统可以快速处理和高速传输数据，同时在所有的UART信道里保持数据完整性。目前，大量的独立UART可以在3.3V电压下提供高达5 Mbps的数据速率，而新一代UART，比如NXP SC16C85x 系列，可以在1.8V的电压下提供类似的波特率(图3)。这些类型的UART在关键芯片组的性能和面市时间方面提供了重要的附加价值，同时克服了目前被广泛用在集成解决方案中的1 Mbps UART的局限性。除了速度高之外，许多独立UART还提供对接收机和发射机的运行速度进行独立编程的能力，这使独立UART在高速集群系统和桥接等应用中特别有吸引力。

　　UART的电源电压、功率和封装

　　随着处理器和芯片组向低电源电压方向发展，UART也需要支持这些新电压，因此新一代UART已被开发为可工作在3.3V、2.5V和1.8V电压下。为进一步降低功耗，新型的独立UART提供低功耗模式功能，允许在空闲状态下将功耗减少到微安级。

　　除了低功耗要求外，越来越多采用独立UART的系统还希望UART具有尽可能小的外形尺寸。今天市场上最小的独立UART由NXP公司推出，这些产品采用TFBGA封装，面积为3.5×3.5 mm。

　　低分辨率时钟预比例器和RS485功能

　　UART需要时钟源来产生波特率。这个时钟源可以由一个需要外接晶振的片上振荡器产生，或者由一个外部振荡器产生。为保证在使用固定频率时钟源时波特率可以被编程，大部分独立UART使用一个整数除法器，允许UART用整数N(比如1、2、3…)除以时钟源。整数除法器的局限是低整数值的波特率范围较窄。一些较先进的高速UART(如NXP SC16C850L)采用有理数除法器，允许UART用分数除以时钟源，从而提供更宽的波特率范围。波特率根据BR=F/(N + m/16)来计算，式中的N为从1到65k范围内的整数，m为从1到16范围内的整数。使用有理数的好处是能扩大可编程的波特率范围，使获得更高性能和提高传输精度成为可能。

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