80C152單片機上HDLC通信規程中的應用

2019-11-03 09:00:22

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供稿：網友

徐卓農張永忠

　　摘要：80C152單片機的工作原理和特點及其在HDLC通信規程中的應用，給出了它的編程方法，并對其系統誤碼率進行了分析。

　　關鍵詞：全局串行通道 HDLC規律 CRC差錯檢驗

　　80C152是一種基于MCS-51的高集成度8位微控制器，也是一種通用通信控制器。它既適用于外圍系統或器件的智能管理，也適用于低成本，高速串行通信場合。80C152是80C51的派生產品，保留了80C51的所有功能；增加了新的功能和外圍電路，包括：一種叫做全局串行通道（GSC）的高速多協議串行通訊接口，兩個直接存儲器存?。―MA）通道，HOLD/HLDA總線控制，第5、6、7個I/O口。較大的片內RAM容量。因而特別適用于綜合業務數字網（ISDN）、局域網和用戶定義的串行多機系統。

　　1 80C152的主要特性與結構

　　80C152的主要特性如下：

　?。?）MCS-51兼容的UART；

　　（2）多種省電工作方式；

　?。?）可尋址64K字節數據存儲器；

　?。?）可尋址64K字節程序存儲器；

　　（5）兩個通用定時/計數器；

　　（6）多協議串行通信I/O口（最大2.048Mbps/2.4Mbps），支持CSMA/CD和SDLC/HDLC，用戶定義協議；

　　（7）全雙工/半雙工通信；

　?。?）256字節片內RAM；

　?。?）兩個片內DMA通道；

　?。?0）保持/響應（HOLD/HLDA）總線控制；

　　（11）7個I/O口；

　　（12）58個SFR；

　?。?3）11個中斷源，除包含80C51的5個中斷源外，新增的6個中斷源用于全局串行通道。

　　上述（1）～（5）是與80C51相同的特性，（6）～（13）是80C152所特有或比80C51提高的特性。

　　其結構簡圖如圖1所示。

　　2 全局串行通道

　　全局串行通道（GSC）是一個多協議、高性能的串行接口，用作通信控制器。GSC接口支持同步數據鏈路控制（SDLC）、具有沖突檢測的載波監聽多址訪問（CSMA/CD）、用戶客義協議和高速數據鏈路控制（HDLC）協議的子集。GSC功能包括：地址識別、沖突解決、CRC產生、標志產生、自動重發送和硬件應答特性。在使用片內時鐘時可實現高至2Mbps數據速率，在使用外部時鐘可實現高至2.4Mbps數據速率。在使用串行通道的應用中，GSC可實現國際標準化組織（ISO）參考模型中所描述的開放系統互連（OSI）的數據鏈數層和物理鏈路層。

　　2.1 GSC通道的DMA服務

　　有兩種方法來控制GSC：一是CPU控制；二是DMA控制。在用戶軟件處理一些任務時（如裝入TFIFO、讀RFIFO、檢查狀態標志、發送過程一般跟蹤），采用CPU控制。當任務數據增加及使用較高的數據速率。CPU所需開銷成為主要時間消耗，最后，會達到CPU花費100%的時間去響應GSC請求。DMA通道可由用戶軟件設置為由DMA控制器來處理GSC數據傳送。80C152有兩個DMA通道，一個通道用于接收，一個通道用于發送。使用DMA通道時，CPU可省去為GSC緩沖器基本服務所需的時間。DMA通道可提供的服務類型為：裝入TFIFO、從RFIFO中移出數據、在收發結束時通千CPU和響應一定的出錯條件。在使用DMA通道時，準備串行發送的數據源或目的可以是內部存儲器、外部數據存儲器或任何SFR。對DMA和GSC寄存器進行初始化手的唯一任務是允許適當地中斷并通知DMA控制器什么時候啟動DMA。在DMA啟動后，CPU所需做的事就是響應出錯條件或等待傳送結束。80C152專門為GSC數據傳送提供了6個中斷源，它們是：GSCRV（GSC接收正確）、GSCRE（GSC接收出錯）、GSCTV（GSC發送正確）、GSCTE（GSC發送出錯）、DMA0（DMA通道0完成）、DMA1（DMA通道1完成）。

　　2.2 80152中的DMA

　　80C152包含兩個相同的可16位尋址的通用8位DMA通道；DMA0和DMA1。與每個通道相關的有7個SFR。SARLn和SARHn分別保存源地址的低位和高位字節，合在一起構成16位源地址寄存器。DARLn和DARHn分別存儲目的地址的低位和高位字節，合在一起構成16位目的地址寄存器。BCRLn和BCRHn分別保存將被傳送字節數據地址的低位和高位字節，合在一起成字節計數寄存器。DCONn包含控制和標志位。

　　對DMA通道的初始化需設置控制寄存器、源地址和目的地址寄存器。

　　控制寄存器DCON的裝入值及意義如圖2所示。

　　DCONn中的DASn（目的地址空間位）和IDAn（目的地址自動加1位）用于指出數據傳送的物理目的空間。DCONn中的SASn(源地址空間位)和ISAn（源地址自動加1位）用于指出數據傳送的物理源空間。采用DMA控制器來處理GSC數據傳送時，當DMA通道用于接收服務時，首先將接收機傳送來的數據自動送入到接收緩沖器RFIFO中，其源地址寄存器應置成RFIFO地址（SARHN=x x H，SARLN=0F4H）；然后，將接收緩沖器中的數據傳送到目的地址指定的物理空間，其可以是外部RAM、內部RAM或SFR；最后，對收到的數據進行CRC校驗，并通知CPU是否正確接收到該幀數據。當DMA通道用于發送服務時，首先將要發送的數據傳送到先入先出發送緩沖器TFIFO中，其目的地址寄存器應置成TFIFO地址（DARHN=xxH，DARLN=85H）；然后，將先入先出發送緩沖器TFIFO中的數據傳送給發射機；最后，對發送出去的數據進行CRC校驗，并通知CPU是否正確發送了該幀數據。

　　DCONn中的DM（請求方式位）和TM（傳送方式位）用于選擇DMA的工作方式。當DMA服務于全局串行通道（GSC）時，應采用串行口請求方式。當DCONn中的GO位置1時，將啟動DMA通道工作于全局串行傳輸方式。當全局串行口接收或發送完一幀數據后，DCONn中的DONE位被置1，并將該信號傳送給CPU來產生中斷。

　　3 HDLC操作

　　高級數據鏈路控制（High Data Link Control）規程，簡稱HDLC規程，是面向位的鏈路控制規程。它與基本型規程不同，鏈路的監控功能是通過一定的位組合所表示的命令和響應來實現的，這些命令和響應可以與信息報文一起傳送。HDLC規程具有透明傳輸、可靠性高、傳輸效率高并具有極大的靈活性等特點。它是由IBM公司開發的通信協議，已廣泛應用于工業領域。它基于主/從結構，要求每個從部都有唯一的地址。從部只有在允許通信時才能且只能和主站通信，這就消除了串行線路上由于幾個從部同時發送引起沖突的可能性。其幀結構如圖3所示。

　　BOF是HDLC的幀開始標志，為01111110。這是HDLC中僅有的兩個包含連續6個1的可能組合之一，另一個可能的組合是中止符。這是因為HDLC采用了一種叫做位插入的過程，每發現有連續5個1時在下一位自動插入一個0，接收器在收到連續5個1之后自動刪去插入的0。所有位插入和位刪除操作均由GSC完成。BOF除了標志幀的開始，還用作時鐘同步和決定地址與控制字位置的參考點。

　　ADDRESS的地址字段，用于表示報文發往何站。每個從站必須有唯一的地址，主站必須知道每個從站的指定地址。然而有些報文需要發往一個以上的站，這些報文成為廣播地址或群地址報文。全1構成的地址總是自動地被GSC接收，在HDLC中定義為廣播地址。群地址是指適用于一個以上站的地址，GSC提供了幾個地址屏蔽位，以使GSC接收群地址。如果需要的話，用戶軟件可以接收所有的地址位，這種屏蔽方式使GSC不加區分地接收所有地址。

　　CONTROL是控制段，它用于系統初始化、標志幀的序號，并在報文發送完成后通知從站響應，對以前發送幀進行應答。由于GSC硬件沒有提供控制段的管理功能，用戶軟件擔負著控制段的插入、解釋和格式化。尾隨控制段的信息通常用于報文傳輸、出錯報告和其他各種功能。這些功能由控制段的格式完成，有三種格式可供使用：報文格式、監控格式和無序號格式。

　　INFO是報文段，它包含線路中一個器件希望發給另一個器件的報文（數據），其長度可為用戶所定，但必須是8位的倍數。報文段由前面的控制段和后面的CRC為接收站所標識。GSC把接收的位通過CRC發生器來決定報文段的末尾。當最后一位或EOF收到后，剩下的位組成CRC。

　　CRC是循環冗余檢測，是一種普通用于串行通信的錯誤檢測方法。

　　4 系統誤碼率的分析

　　80C152提供兩種CRC算法：16位和32位算法。在大多數HDLC應用中，16位CRC被使用，支持16位CRC的硬件結構如圖4所示。

　　16位CRC發生器生成的多項式為：

　　G（X）=X16+X12+X5+1 （1）

　　CRC工作時，它把收到的位與現行CRC的位15進行異或，放到一個暫存器中。在CRC右移一位時，位15和接收位的異或值再與位4和位11進行異或。暫存器中的位移入位0中。HDLC所需的CRC長度為16位，接收時自動從幀中除去CRC，它不傳到CPU。然后把最后16位傳往CRC發生器，以保證留下正確的值。檢驗剩下值是否為001110100001111B（1D0FH）。如不匹配，則產生錯誤。用戶軟件允許該中斷，從而使CPU可對此進行處理。

　　CRC校驗可以檢測長度不大于16的所有突發錯誤、所有奇數個錯誤和兩個獨立錯誤，以及其他大量錯誤圖樣。其計算公式如下：