【应用】基于WK2114串口扩展芯片的汽车充电桩设计方案
随着国际石油价格的上涨和世界各国环境保护意识的增强，新型能源汽车成为汽车行业的发展趋势。在新能源汽车高速发展和政策扶持的支持下，我国电动汽车充电设施产业发展迅猛，成为世界上拥有公共充电桩数量最多的国家。近日，由国家能源局和中国电动汽车充电基础设施促进联盟联合编制的《中国电动汽车充电基础设施发展年度报告2016-2017》在北京正式发布。报告指出，随着产业和技术的发展，用户对充电设施的服务水平提出了更高的要求。随着市场的不断成长，国内充电基础设施也高歌猛进。
充电桩控制电路主要由处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音输出接口，实现语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择充电模式；电动汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互；电池管理系统(BMS)用来监控电池的工作状态比如电池的电压、电流和温度等，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命；充电服务管理平台主要主要负责充电管理、充电运营、综合查询等相关功能。
对于这些功能模块的使用往往采用UART通信方式，我们通常的CPU自带2到3个UART，除了一个调试uart，那么留给我们的UART接口就只有1到2个，所以我们就不得不扩展更多的串口来实现相关功能模块的加载。下面我们就介绍一款基于为开微电子WK2114串口扩展芯片的汽车充电桩设备中的设计。
现代越来越多的充电桩都会集成丰富的功能，所以也就会增加较多功能的模块，比如我们常见的触摸屏、读卡模块、红外模块、GPS模块、无线通信模块、打印头模块、电度表模块等。而这些模块通常都是用UART接口来实现和主CPU之间通信。
总体设计方案
1、系统拓扑图
本设计采用ARM（Cortex-A9）主控芯片，然后可以使用WK2114串口扩展芯片实现不同串口模块的搭载，具体的串口扩展模块包括触摸屏、读卡模块、红外模块、GPS模块、无线通信模块、打印头模块、电度表模块等。
2、WK2114介绍
WK2114是UART主接口的4通道UART器件。WK2114将一个标准的3线异步串口（ UART）扩展成为4个增强功能串口（ UART）。主接口UART在数据传输时主接口的UART可以通过引脚配置为红外通信模式。
扩展的子通道的UART具备如下功能特点：
每个子通道UART的波特率、字长、校验格式可以独立设置，最高可以提供2Mbps的通信速率。
每个子通道可以独立设置工作在IrDA红外通信。
每个子通道具备收/发独立的256 BYTE FIFO，FIFO的中断可按用户需求进行编程触发点。
WK2114采用SOP20绿色环保的无铅封装，可以工作在2.5～5.0V的宽工作电压范围，具备可配置自动休眠/唤醒功能。
硬件设计要点
本硬件设计主要介绍WK2114的相关外围电路和扩展UART的方式。
从上图我们可以看出，WK2114通过UART接口和ARM实现数据通信。同时把自身的中断信号输出到ARM的外部中断输入引脚，这样就可以通过中断快速的处理WK2114收到的相关数据。
同时WK2114连接的4个串口设备读卡器、GPS/无线通信模块、热敏微型打印机、电度表通过UART和WK2114通信，最终实现和ARM通信。
软件设计要点
本设计就以LINUX系统为例。像这种系统级的产品，主要包括驱动设计、系统移植、和应用APP设计。我们主要重点介绍WK2114在LINUX下的驱动程序设计。因为这也是本设计中得重点和难点。
1、WK2114总体驱动框架
嵌入式系统的驱动程序是LINUX系统内核和设备硬件之间的接口。他把系统调用映射到具体设备对于实际硬件的特定操作，关系如下图所示：
通过这种方法，应用程序就可以像操作普通文件一样操作硬件设备，用户程序只需要关系这个抽象出来的文件，而一切同硬件打交道的工作都交给了驱动程序。比如我们向屏幕输出一串字符串，我们只需要把字符串写到显卡所抽象出来的文件里，而真正把字符串传到显卡里的工作就是由驱动程序来完成的。
在Linux下，驱动程序是内核的一部分，运行在内核状态下，你可以将驱动静态的和内核编译在一起，这样的缺点是内核会比较大，而且如果驱动出错，会导致整个系统崩溃；也可以module的方式编译，在需要的时候动态载入。
本软件产品是基于LINUX平台，开发的WK2114串口扩展芯片的驱动软件。
2、系统调用
由于驱动最后在系统上体现都是一个个串口设备文件，那么我们在制作打印机、扫描仪相关应用程序的时候，就可以直接调用系统的串口设备文件，实现应用程序即可。
总结
现在再互联网高速发展的年代，作为设备设计，我们首先是要了解市场需求和并把需求快速实现的产品。这一切都需要产品设计的模块化来设计，这样既可以减少开发时间，也可以增加系统的稳定性，并降低成本。在日益增长的新能源汽车行业，充电桩将变得随处可见。同时充电桩的功能也将变得更加丰富，相应的串口设备越来越多，我们选择一款好的串口扩展芯片可能就更加重要了。WK2114已经实现量产，而且从市场的反馈来看产品稳定，而且比较好用也更加实用。
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