基于FT4232H的嵌入式系统多串口扩展-专业论文-自动化应用案例

基于FT4232H的嵌入式系统多串口扩展

发布日期：2018-09-28 来源：《智慧工厂》8期作者：崔海朋浏览次数：25382

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【摘　要】：本文介绍了USB接口多路通信芯片FT4232H的主要特点与性能。分析了基于Cortex-A9微处理器i.MX6和FT4232H的多串口扩展的实现原理，实现了i.MX6与FT4232H的软硬件接口设计。成功应用到某车载系统中，结果显示扩展的串口具有稳定、可靠、误码率低等特点。

关键词：嵌入式系统 Cortex-A9 串口扩展 FT4232H

Abstract: The main characteristics and performance of USB interface multiple serial port expansion chip FT4232H are introduced in this paper. The realization principle of multi serial port expansion based on Cortex-A9 microprocessor i.MX6+FT4232H is analyzed. The hardware and software interface design of i.MX6 and FT4232H is realized. The results have been successfully applied into a vehicle system, the extended serial port runs steadily, reliability and has a good BER performance.

Key words: Embedded system Cortex-A9 Serial port expansion FT4232H

【中图分类号】TN99 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2018）08-0000-00

1 引言

在工业智能化领域，随着嵌入式系统飞速的发展，智能设备对通讯接口的需求量也越来越多，其中包含以太网接口、CAN总线接口、串口、并口等。其中，串口因其接口协议简单、兼容工业仪表和设备多、成本较低、占用系统资源较少等特点，应用尤为广泛。以笔者参与的某车载项目为例，主控板芯片采用基于Cortex-A9内核的i.MX6微处理器，自带4路串口，但系统需求8路串口，单芯片无法满足设计要求。为了解决该问题，经过综合对比分析，我们采用了飞特蒂亚公司生产的USB扩展型4路串口扩展芯片FT4232H进行多串口扩展，实现了增强系统的通信接口能力。

2 多串口系统硬件设计

2.1 主控板软硬件环境

主控板的CPU为NXP公司生产的基于Cortex-A9内核的i.MX6 1GHz；板载DDR3 1GB内存，4GB eMMC Nand Flash,集成1路以太网接口、1路VGA输出接口、1路USB2.0、1路USB2.0 OTG接口、1路PCIe接口。主控板的软件环境为Linux，内核版本为3.10.17。

由主控板的软硬件环境来看，既可以通过PCIe扩展串口，也可以通过USB OTG扩展串口。通过PCIe来扩展串口软硬件设计较为复杂，硬件电路设计不合理以及芯片驱动安装不好极易导致串口稳定性差，易受外界干扰。而采用USB扩展串口，电路简单、性能可靠，占用面积小，厂家也提供Linux环境下的驱动程序支持。综合考虑，采用USB OTG扩展串口的方式。

2.2 FT4232H芯片简介

FT4232H是一款USB到RS232/RS485/RS422之间的多串口电平转换芯片，收据收发和协议转换工作全由芯片独立完成，无需人工干预，只需要少量的外围电路即可实现相应的转换。该芯片通过USB接口可用专用软件MProg对芯片的固件和引脚进行配置。

FT4232H可实现单芯片到4路串口的转换；支持USB2.0的高速规范；配置为RS232接口时，可支持数据传输率达12MB/s；具有双端口2K字节的发送和接收缓冲单元；可支持UART 7/8bit数据位，1/2停止位，奇偶校验，硬件及Xon/Xoff流量控制；内部集成+1.8V电压输出；集成12-480MHz频率合成；具有低功耗、高速度、宽温等特征。

2.3 串口扩展电路设计

图1为FT4232H串口扩展电路图，7引脚DM和8引脚DP连接到i.MX6微处理器USB OTG接口的USB_DM和USB_DP引脚，49引脚VREFGOUT输出+1.8V电源供给VCORE，50引脚VREGIN连接+3.3V，4引脚VPHY和9引脚VPLL经磁珠、滤波电路后接入到+3.3V，20引脚、31引脚、42引脚和56引脚连接到+3.3V，6引脚REF经过12K的接地电阻接地，14引脚经过R71电阻上拉到+3.3V、经R123电阻下拉到GND。2脚OSCI和3脚OSCO连接12MHz的晶振和22pF的负载电容。引脚61、62、63连接EEPROM 93LC46B。该EEPROM可以配置自己产品的VID、PID、设备序列号以及设备相关的文字说明。同时，芯片的供电引脚接一个0.1uF的电容进行去耦和滤波。

16引脚ADBUS0、17引脚ADBUS1、18引脚ADBUS2和19引脚ADBUS3分别连接扩展串口1的TXD1、RXD1、RTS1和CTS1；26引脚BDBUS0、27引脚BDBUS1、28引脚BDBUS2和29引脚BDBUS3分别连接扩展串口2的TXD2、RXD2、RTS2和CTS2；38引脚CDBUS0、39引脚CDBUS1、40引脚CDBUS2和41引脚CDBUS3分别连接扩展串口3的TXD3、RXD3、RTS3和CTS3；48引脚DDBUS0、52引脚DDBUS1、53引脚DDBUS2和54引脚DDBUS3分别连接扩展串口4的TXD4、RXD4、RTS4和CTS4；扩展的串口电平为TTL电平，经过电平转换芯片MAX3232IPW即可实现标准的串口功能。60引脚PWREN#、36引脚SUSPEND#经3.3K电阻和LED后接地，用以指示芯片的工作状态。

3 多串口系统软件设计

嵌入式Linux系统采用模块化方式管理各设备驱动，并且将各种设备映射成设备文件，达到简化应用程序开发和屏蔽不同硬件设备的目的。FTDI公司为FT4232H芯片提供32bit和64bit的驱动文件，将对应的文件直接编译到内核，通过MfgTool工具软件下载最新的镜像文件，运行新的内核来测试芯片的工作情况。