通过先进的高性能UART提高串行I/O的连接性能
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2020-10-22
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通过先进的高性能通过先进的高性能UART提高串行提高串行I/O的连接性能的连接性能
市场融合正在推动对开发新接口的需求，但这也在影响已有接口类型的性能和特性。在目前已有的接口类型
中，最常见的是广泛用作标准串行连接的通用异步收发器(UART)。UART可以用做主处理器(如微控制器或嵌入
式处理器)和外设之间的通讯接口。在从工业控制到智能手机的大量应用中，这些独立的解决方案变得越来越有
吸引力。
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om/search/?q=o" title="o">oth;"> 市场融合正在推动对开发新接口的需求，但这也在影响已有接口类型的性能和特性。在目前已有的接口
类型中，最常见的是广泛用作标准串行连接的通用异步收发器(UART)。UART可以用做主处理器(如微控制器或嵌入式处理器)和外设之间的通讯接口。在从工业控制到
智能手机的大量应用中，这些独立的解决方案变得越来越有吸引力。
UART是在特定模块(如蓝牙、GPS、RFID、多端口以太网服务器)和主处理器或芯片组之间进行通讯的首选接口。因为无
论从应用端还是从软件驱动端来看，UART都是一个软件开销最小和复杂性最低的高效接口。尽管UART的发展趋势是更多地
集成在处理器或者芯片组中，但这里也存在一个折衷，那些关键芯片需要平衡芯片的面积/成本和性能以及外设选择之间的关
系，这意味着处理器和芯片缺乏端口的情况将继续存在。因此，一些特定系统将受益于不同外形尺寸的独立UART。
包括工艺、芯片组、连接技术和外围设备在内的数个市场的发展推动了对新一代
新一代系统采用高端处理器，可以在较短时间里处理大量的任务。这些处理器的工作电压分别是3.3V、2.5V或1.8V。因
此，甚至如UART这样的基本接口都必须精心设计，以进一步降低CPU开销。为构造高性能的UART，必须考虑以下特性指
标：主机接口的性能、UART的FIFO的深度、波特率、电源电压和功耗。低分辨率时钟预定标器、自动支持RS485和先进的
封装技术等其它性能也能给某些特定设计带来显著好处。
主机接口和处理时间
UART可以通过并行或串行总线与主机连接。通常许多独立的UART提供两种类型的8位异步存储接口，兼容大多数的摩
托罗拉(Motorola)和英特尔(Intel)总线接口。有些UART同时具有两个接口，如恩智浦半导体(NXP Semiconductors)的
SC28Lxx和1.8V SC16C85x UART系列。通过配制引脚，这个独立的UART可以被设置成支持Motorola或者Intel的总线接口。
在许多手持设备中，一种被称为VLIO (可变延迟I/O)的新型接口也得到了采用，此外新一代1.8V UART将被设计成可以与总线
无缝连接(图1)。
图1：具有VLIO(可变延迟I/O)接口的1.8V UART的移动应用示例。
并行总线接口的优点是具有很高的吞吐量，而速度可高达100 Mbps，但缺点是需要大约15根线与处理器连接。为克服这
个缺点，或者说是消除对并行总线的依赖性，可以选择如SPI或I2C的标准串行总线与主机相连。当今流行的解决方案是NXP
SC16IS7xx系列，这些产品通过I2C或SPI端口实现与主机的无缝连接，并将与主机连接的15根线减少到5根(I2C)和7根(SPI)，
如图2所示。这个串行UART还有其它一些优点，例如它能为设计工程师提供现成的I2C或SPI到RS232/RS485/IrDa的协议转
换器，但缺点是串行总线的速度被限制在400 Kbps(I2C)和15 Mbps (SPI)内。
图2：带有串行接口(I2C/SPI)的NXP SC16IS752高速UART的应用示例。
一旦选定了主机接口，最佳的主机处理时间取决于以下几个要素：UART的 FIFO深度和FIFO计数器、中断触发等级的数
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