基于ESM3354的ISA总线的16路串口和2路100M网口扩展介绍

ESM3354是英创公司基于Cortex-A8的高性价比嵌入式主板产品，通过其ISA扩展总线，可方便的扩展多路通讯接口，以满足工业自动化领域的复杂应用。本文主要介绍通过ESM3354的ISA总线同时扩展16路串口和2路100M网口的应用方案。通过这样的扩展，整个系统的通讯接口配置如下：

接口资源	通道数	简要说明
100M以太网接口	4	独立网口，应工作在不同网段
标准异步串口	22	COM1为USB虚拟串口 　COM2 – COM6为高速串口，3Mbps 　16扩展串口，最高波特率115200bps
CAN总线接口	2	ESM3354主板自带

本扩展方案的主要电路构成如下图所示：

　　精简ISA总线接口

ESM3354工控主板使用英创标准的ESMARC评估底板，其中CN21为精简ISA总线接口，扩展模块ETA728（2路网口）和2个ETA508（每个模块扩展8路串口）均直接连接到ISA总线。ISA总线的信号定义可从ESMARC EVB数据手册上得到如下：

ISA总线接口信号	CN21		ISA总线接口信号
	PIN#	PIN#
RESET#，复位，低电平有效	1	2	ISA_ADV#，地址锁存，低电平有效
ISA_SD0，地址数据总线	3	4	ISA_SD4，地址数据总线
ISA_SD1，地址数据总线	5	6	ISA_SD5，地址数据总线
ISA_SD2，地址数据总线	7	8	ISA_SD6，地址数据总线
ISA_SD3，地址数据总线	9	10	ISA_SD7，地址数据总线
MSL#，模块选择	11	12	ISA_WE#，数据写，低电平有效
GPIO9，中断IRQ4，上升沿有效	13	14	ISA_RD#，数据读，低电平有效
GPIO8，中断IRQ3，上升沿有效	15	16	ISA_CS#，总线片选，低电平有效
GPIO25，中断IRQ2，上升沿有效	17	18	+5V，电源输入
GPIO24，中断IRQ1，上升沿有效	19	20	GND，公共地

ISA_SD[0..7]为地址数据时分复用的双向总线信号，与控制信号ISA_CS#、ISA_ADV#、ISA_RD#和ISA_WE#配合，实现总线数据的读入和写出。具体的总线时序请参考ESM335x数据手册。4路中断请求信号IRQ1 – IRQ4分别由GPIO24、GPIO25、GPIO8、GPIO9来充当，均要求为上升沿有效的脉冲信号输入，将分别由扩展模块提供。

　　8路串口扩展模块ETA508

　　ETA508为8串口扩展模块，采用共享中断的结构，其中第一块ETA508使用IRQ1（GPIO24），第二块ETA508使用IRQ2（GPIO25）。ETA508扩展的8路串口为3线制串口。信号电平均为+3.3V LVTTL电平。有关这种模块详细的技术说明请参考它们的数据手册。模块通过其CN1插座与ESM3354的精简ISA总线相连，具体信号说明如下：

第一块ETA508接口信号	CN1		第一块ETA508接口信号
	PIN#	PIN#
ISA_SD0	1	2	ISA_SD1
ISA_SD2	3	4	ISA_SD3
ISA_SD4	5	6	ISA_SD5
ISA_SD6	7	8	ISA_SD7
ISA_ADV#	9	10	ISA_SD4
ISA_SD5	11	12	ISA_SD6
ISA_SD7	13	14	-
5k电阻上拉或悬空	15	16	ISA_RD#
ISA_WE#	17	18	RESET#
ISA_CS#	19	20	IRQ1（GPIO24）

第二块ETA508接口信号	CN1		第二块ETA508接口信号
	PIN#	PIN#
ISA_SD0	1	2	ISA_SD1
ISA_SD2	3	4	ISA_SD3
ISA_SD4	5	6	ISA_SD5
ISA_SD6	7	8	ISA_SD7
ISA_ADV#	9	10	ISA_SD4
ISA_SD5	11	12	ISA_SD6
ISA_SD7	13	14	-
接地	15	16	ISA_RD#
ISA_WE#	17	18	RESET#
ISA_CS#	19	20	IRQ2（GPIO25）

由于ETA508都是从英创EM9X60产品线发展起来的，为了兼容两种产品线，ISA_SD4 – ISA_SD7这4条数据线在CN1中被重复放置了两次，在设计接口电路时，上述所列的信号均不能少。另ETA508模块的电源和地线是通过模块的CN2接口引入的。

注意：

（1）ESM3354的所有ISA接口信号均为3.3V LVTTL电平，且不是+5V兼容的，因此禁止把5V信号或电源接到ISA信号管脚上，否则会造成ESM3354主板的损坏！

（2）由于ISA总线的速度较高，ETA508在PCB中的布局应尽可能靠近ESM3354总线接口所在位置，以保证总线信号的完整性。

　　2路以太网口扩展模块ETA728

　　ETA728为2路独立100M网口扩展模块，每路网络控制器是占用1路独立的中断。模块CN1与ISA总线的连接信号定义如下：

ETA728接口信号	CN21		ETA728接口信号
	PIN#	PIN#
RESET#，复位，低电平有效	1	2	ISA_ADV#，地址锁存，低电平有效
ISA_SD0，地址数据总线	3	4	ISA_SD4，地址数据总线
ISA_SD1，地址数据总线	5	6	ISA_SD5，地址数据总线
ISA_SD2，地址数据总线	7	8	ISA_SD6，地址数据总线
ISA_SD3，地址数据总线	9	10	ISA_SD7，地址数据总线
-	11	12	ISA_WE#，数据写，低电平有效
-	13	14	ISA_RD#，数据读，低电平有效
-	15	16	ISA_CS#，总线片选，低电平有效
GPIO25，中断IRQ2，上升沿有效	17	18	+5V，电源输入
GPIO24，中断IRQ1，上升沿有效	19	20	GND，公共地

应用程序对扩展接口的操作

无论是在Linux平台，还是在WinCE平台，应用程序对扩展串口的操作，都是通过打开其对应的设备驱动文件来实现的，其具体的设备文件名如下：

CE平台设备名称	Linux平台设备名称	扩展UART说明
“\$device\COM20”	“/dev/ttyS7”	第一块ETA508 UART0
“\$device\COM21”	“/dev/ttyS8”	第一块ETA508 UART1
“\$device\COM22”	“/dev/ttyS9”	第一块ETA508 UART2
“\$device\COM23”	“/dev/ttyS10”	第一块ETA508 UART3
“\$device\COM24”	“/dev/ttyS11”	第一块ETA508 UART4
“\$device\COM25”	“/dev/ttyS12”	第一块ETA508 UART5
“\$device\COM26”	“/dev/ttyS13”	第一块ETA508 UART6
“\$device\COM27”	“/dev/ttyS14”	第一块ETA508 UART7
“\$device\COM30”	“/dev/ttyS15”	第二块ETA508 UART0
“\$device\COM31”	“/dev/ttyS16”	第二块ETA508 UART1
“\$device\COM32”	“/dev/ttyS17”	第二块ETA508 UART2
“\$device\COM33”	“/dev/ttyS18”	第二块ETA508 UART3
“\$device\COM34”	“/dev/ttyS19”	第二块ETA508 UART4
“\$device\COM35”	“/dev/ttyS20”	第二块ETA508 UART5
“\$device\COM36”	“/dev/ttyS21”	第二块ETA508 UART6
“\$device\COM37”	“/dev/ttyS22”	第二块ETA508 UART7

需要注意的是在WinCE平台，扩展串口号为COM20 – COM27和COM30 – COM37，与主板上的串口号（COM2 – COM6）并不连续，而Linux平台的设备节点名称是与主板串口节点连续命名的。打开串口后的操作，都可通过标准函数实现各个功能。

尽管每路扩展串口的最高波特率均为115200bps，但考虑尽可能降低ISA总线的负载，建议把高波特率串口首先配置在主板的COM2 – COM6（CE平台）或ttyS1 – ttyS5（Linux平台），然后再在ETA508上部署。

在应用程序设计中，需注意4路网口的名称：

网口序号	Linux平台名称	CE平台名称
第一路网口（主板自有）	eth0	CPSW3G1
第二路网口（主板自有）	eth1	CPSW3G2
第三路网口（ETA728扩展）	eth2	DM9K3
第四路网口（ETA728扩展）	eth3	DM9K4

串口驱动程序的加载

　　ETA508的驱动程序已经包含在ESM3354的内核中，通过适当方式加载这个驱动，就可进行串口操作了。

对Linux平台，驱动程序为eta503_serial.ko，存放在跟文件系统的/lib/modules/4.1.6路径下，用标准insmod命令即可实现加载。

对CE平台，在启动系统后，telnet登录到CE的命令窗口，若要启动ETA508，则带参数执行eta503set.exe，其中若启动第一块ETA508，参数为8：

若要启动2块ETA508，则带参数为16。执行命令后重启系统，ETA508的驱动就会自动加载。应用程序就可操作扩展串口了。

扩展网口驱动程序的加载

　　ETA728的驱动程序已经包含在ESM3354的内核中，通过适当方式加载这个驱动，就可进行串口操作了。

对Linux平台，驱动程序为eta728.ko，存放在跟文件系统的/lib/modules/4.1.6路径下，用标准insmod命令即可实现加载。

对CE平台，在启动系统后，telnet登录到CE的命令窗口，若要启动ETA728，则带参数执行eta728set.exe，其中参数为3：

执行命令后重启系统，ETA728的驱动就会自动加载。应用程序就可操作扩展网口了。