两种MCU间的串行通信协议设计

引言
Cortex-M3是ARM公司推出的32位处理器，使用了最新一代的ARMv7架构，具有高性能、低功耗和低成本的优点。对那些对功耗与成本敏感、但又要求较高性能的嵌入式应用来说，Correx-M3无疑是最佳解决方案；而对成本要求苛刻、运算能力要求不高的设备来说，嵌入成熟稳定的8051处理器，已经成为了业内的流行做法。目前，越来越多的嵌入式系统同时使用了上述两种MCU，因此如何使Cortex-M3与8051之间可以高效地进行信息交互，是实现设计目标的关键。

1 方案设计
要进行信息交互，离不开物理接口。在嵌入式应用中，目前常用的接口有UART、SPI和I2C等串行接口。UART接口只需两根数据线就可以工作，时序控制简单，大部分设备都整合了这种接口。而且，经过电平转换后UART的TTL电平可以转换成RS232电平，RS232接口是计算机标准配置的通信接口，可以通过超级终端查看串口的数据，便于使用PC机对线路进行检测分析。因此，本设计采用UART接口作为Cortex-M3与C51之间的通信接口。
考虑到各种需求，本文设计了一种基于UART接口的，用于Cortex-M3和C51之间的通信协议，使Cortex-M3与C51之间可以高效地进行信息交互。当两个MCU之间需要进行通信的时候，发送方把原始数据下放给通信协议，通信协议按照特定格式把数据打包，通过UART接口发送给对方。接收方收到数据时，MCU运行相应的通信协议，把数据解包，就可以得到发送方的原始数据，将其交付给上层程序。体系结构如图1所示。

如果使用其他串行接口，原理大体相同，只需对硬件作相应改动，即对接口控制模块稍作修改即可投入使用。
下面以实际工程中某种多媒体系统为例详细说明。该系统采用了以Cortex-M3为内核的STM32处理器和嵌入了C51核的MST776视频处理芯片，使用UART接口进行通信。

2 具体实现
2．1 硬件设置
具体的器件不同，UART的工作方式也有所区别，主要表现在波特率、停止位、数据字长度等参数上。当两个器件用UART连接时，所有参数必须完全一致，否则通信很容易出错。在此，要特别注意波特率的设置：当线路质量好的时候，波特率可以设置得高点，以获得较高的传输速率；线路质量差的时候，就要减小波特率，以降低误码率。
本设计中，STM32与MST776都整合了UART接口，只需配置少量电阻；同时，线缆长度不超过20 cm，使用环境的电磁干扰小，波特率可以设置为38 400bps，甚至更高。另外，考虑到C51的处理速度较低，因此波特率不应设置得太高，避免造成C51侧数据溢出，进而造成死机。
本设计只需使用两根数据线来实现两个MCU之间的互连，把STM32上选定的UART接口的TX与对端的UART接口的RX相连，把RX与对端的UART接口的TX相连。