【应用】基于256级FIFO 4通道UART器件WK2204的车载综合信息系统串口扩展设计方案

时间： 2020-06-24 来源：为开微电子

技术问答

随着技术进步，各式各样的交通工具和运输工具也正发生着翻天覆地的变化，比如我们的公交车、大客车、出租车、校车、工程车、货车等，给我们生活带来便利的同时，有时候车辆的超载、超速、违规行驶，也给我带来不少的烦恼和惨痛的教训。当然，这些特殊车辆的有效价值还是值得肯定的，对于他们的弊病也是可以有效防止的，防治的核心问题就是有效监管。那怎么有效监管这些特殊车辆了？如今互联网和电子技术的发展，给我们提供了一些有效和直接的监管方式，那就是个这些特殊车辆加装特殊车载设备，这样就可以有效的监管这些车辆的实时状态和车辆信息。

通常我们的车载系统都会加载一些串口设备，如红外摄像头、GPS模块、北斗定位模块、显示器、按键系统、IC卡读卡器、LED显示设备、语音系统、GPRS/WCMA通信设备、车辆状态监视器这些设备通常都是通过串口连接到系统核心单元，当然使用串口方便了我们系统的集成，也更加能使用不同行业设备之间的更换。

我们通常的CPU自带2到3个UART，除了一个调试的uart，那么留个我们的UART接口就只有1个或者2个，那么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。我们在考虑了国内和国外的一些串口扩展IC后，最终决定选着为开微电子有限公司的WK2204系里的串口扩展芯片，原因如下：wk2204系列串口扩展芯片的硬件收发缓存大，有超时中断等。

车载综合信息系统串口扩展总体设计方案

1、总体原理框图

本设计采用了三星的S5PV210作为主控CPU，运行linux、安卓、wince7.0系统平台都可以，然后使用WK2204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读卡器、GPS、串口打印机、串口扫描仪等

2、WK2204介绍

WK2204是首款具备256级FIFO的低功耗并支持 UART/SPITM/IIC位并行总线接口的4通道UART芯片。可以通过模式选择使得该芯片工作于以上任何一种主接口模式，将选定的主接口扩展为4个增强功能的UART。

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1.5Mbps的通信速率。

每个子通道可以独立设置工作在IrDA红外通信、RS-485自动收发控制、9位网络地址自动识别、软件/硬件自动流量控制等高级工作模式下。

每个子通道具备收/发独立的256 级FIFO，FIFO的中断可按用户需求进行编程触发点且具备超时中断功能。

WK2204采用QFN24绿色环保的无铅封装，可以工作在2.0V～3.6V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

1、本硬件设计主要介绍WK2204的相关外围电路和扩展UART的方式

从上图我们可以看出，wk2204通过SPI接口和S5PV210实现数据通信，同时也把自身的中断信号输出到S5PV210的外部中断输入引脚，这样就可以通过中断快速的处理WK2204收到的相关数据。

同时wk2204连接的4个串口红外摄像头、GPS/北斗、GPRS/WCDMA、车内环境监控过UART和wk2204通信，最终实现和S5PV210通信。

软件设计要点

本设计就也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WK2204在LINUX下的驱动程序设计。因为这也是本设计中的重点和难点。

1、 Wk2204总体驱动框架介绍

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上，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，用户程序只需要关心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。比如我们要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，在需要的时候动态的载入。

Linux3.0是目前应用较广的版本，易于开发驱动程序，也很方便移植到其它版本的Linux中。本软件产品就是基于S5PV210的Linux（linux3.0内核）平台，开发的WK2XXX系列串口扩展芯片的驱动软件。

在此我们不在对驱动的程序做详细的介绍，具体的驱动程序可以向为开微电子有限公司索取，他们都做好了相关的驱动。

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，那么就直接调用系统的串口设备文件，实现应用程序即可。

总结

该应用方案优势：

· 灵活方便扩展串口：提供Linux/Android下的驱动代码，可以方便灵活的通过SPI扩展出多个串口，为系统提供足够的升级空间。

· 提高系统效率，降低CPU符合：车载综合信息平台中，CPU需要处理娱乐、导航、辅助驾驶、通信等多种任务，CPU负荷较大。WK2204超大的FIFO缓存和灵活的中断设置，可以降低CPU的管理负担，提高系统效率。

现在在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产品。这一切都需要产品设计的模块化设计，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。串口设备越来越多的今天，我们选择一款好的串口扩展芯片可能就更加重要了。Wk2204从为开微电子的了解来看，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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