兩種MCU間的串行通信協議設計

引言
Cortex-M3是ARM公司推出的32位處理器，使用了最新一代的ARMv7架構，具有高性能、低功耗和低成本的優點。對那些對功耗與成本敏感、但又要求較高性能的嵌入式應用來說，Correx-M3無疑是最佳解決方案；而對成本要求苛刻、運算能力要求不高的設備來說，嵌入成熟穩定的8051處理器，已經成為了業內的流行做法。目前，越來越多的嵌入式系統同時使用了上述兩種MCU，因此如何使Cortex-M3與8051之間可以高效地進行信息交互，是實現設計目標的關鍵。

1 方案設計
要進行信息交互，離不開物理接口。在嵌入式應用中，目前常用的接口有UART、SPI和I2C等串行接口。UART接口只需兩根數據線就可以工作，時序控制簡單，大部分設備都整合了這種接口。而且，經過電平轉換后UART的TTL電平可以轉換成RS232電平，RS232接口是計算機標準配置的通信接口，可以通過超級終端查看串口的數據，便于使用PC機對線路進行檢測分析。因此，本設計采用UART接口作為Cortex-M3與C51之間的通信接口。
考慮到各種需求，本文設計了一種基于UART接口的，用于Cortex-M3和C51之間的通信協議，使Cortex-M3與C51之間可以高效地進行信息交互。當兩個MCU之間需要進行通信的時候，發送方把原始數據下放給通信協議，通信協議按照特定格式把數據打包，通過UART接口發送給對方。接收方收到數據時，MCU運行相應的通信協議，把數據解包，就可以得到發送方的原始數據，將其交付給上層程序。體系結構如圖1所示。

如果使用其他串行接口，原理大體相同，只需對硬件作相應改動，即對接口控制模塊稍作修改即可投入使用。
下面以實際工程中某種多媒體系統為例詳細說明。該系統采用了以Cortex-M3為內核的STM32處理器和嵌入了C51核的MST776視頻處理芯片，使用UART接口進行通信。

2 具體實現
2．1 硬件設置
具體的器件不同，UART的工作方式也有所區別，主要表現在波特率、停止位、數據字長度等參數上。當兩個器件用UART連接時，所有參數必須完全一致，否則通信很容易出錯。在此，要特別注意波特率的設置：當線路質量好的時候，波特率可以設置得高點，以獲得較高的傳輸速率；線路質量差的時候，就要減小波特率，以降低誤碼率。
本設計中，STM32與MST776都整合了UART接口，只需配置少量電阻；同時，線纜長度不超過20 cm，使用環境的電磁干擾小，波特率可以設置為38 400bps，甚至更高。另外，考慮到C51的處理速度較低，因此波特率不應設置得太高，避免造成C51側數據溢出，進而造成死機。
本設計只需使用兩根數據線來實現兩個MCU之間的互連，把STM32上選定的UART接口的TX與對端的UART接口的RX相連，把RX與對端的UART接口的TX相連。