深入解析XR17D152：通用PCI总线双UART的卓越之选

在通信系统高速发展的今天，高性能、多功能的UART（通用异步收发传输器）对于保障数据准确、高效传输至关重要。XR17D152作为Exar公司PCI总线UART家族的一员，以其出色的性能和丰富的特性，成为诸多应用领域的理想选择。

文件下载：XR17D152CM-0A-EVB.pdf

一、产品概述

XR17D152是一款单芯片双PCI总线UART，专为满足现代32位PCI总线和高带宽需求而设计。其全局中断源寄存器能为两个通道提供完整的中断状态指示，加速中断解析。每个UART都有独立控制和一套与16C550兼容的5G寄存器组，还配备了64字节的收发FIFO、可编程的FIFO触发级别、硬件和软件流控制、红外编码/解码等功能。

二、应用领域广泛

• 通用PCI总线扩展卡：适用于各种需要增加串口数量的PCI系统扩展。
• 网络管理：有效实现设备之间的数据通信，便于系统监控和管理。
• 工业自动化与过程控制：保障工业环境中数据的稳定传输，提高生产效率。
• 以太网转串口：实现以太网与串口设备之间的无缝连接。
• 销售点系统：确保交易数据的准确、快速传输。
• 多串口RS - 232/RS - 422/RS - 485卡：满足不同串口通信协议的需求。

三、突出特性亮点

高性能双PCI UART

• 通用PCI总线缓冲器：支持自动感应3.3V和5V操作，适应不同的电源环境。
• 32位PCI总线2.3目标信号合规：保证与现代PCI总线系统的兼容性和数据传输的稳定性。
• 全局中断源寄存器：为两个UART提供统一的中断管理，提高系统响应速度。
• 多样的数据传输模式：支持字节、字和双字传输，以及数据读写突发操作，提升传输效率。

丰富的UART功能

• FIFO设计：每个UART配备64字节的收发FIFO，有效减少CPU干预，提高数据处理能力。
• 流控制：具备自动RTS/CTS或DTR/DSR硬件流控制和Xon/Xoff软件流控制，确保数据传输的准确性。
• 红外功能：集成红外（IrDA 1.0）数据编码器/解码器，支持红外通信。
• 可编程数据速率：通过预分频器实现可编程数据速率，最高可达6.25Mbps。

其他实用特性

• 多功能输入/输出：提供8个多功能输入/输出引脚，可根据需求灵活配置。
• 通用定时器/计数器：一个16位通用定时器/计数器，可用于定时或计数任务。
• 睡眠模式：支持自动唤醒的睡眠模式，降低功耗。
• EEPROM接口：方便进行PCI配置，实现设备的自动识别和初始化。

四、引脚功能详解

PCI本地总线接口

PCI本地总线接口是与主机通信的关键部分，满足PCI本地总线规范修订版2.3。其时钟最高可达33.34MHz，支持8位、16位、24位或32位数据传输，32位数据操作时数据传输速率高达132MByte/sec。各引脚功能明确，如RST#用于复位，CLK提供时钟信号，AD[31:0]为地址数据线等。

调制解调器或串行I/O接口

用于UART与外部设备的通信，包括TX和RX用于数据收发，RTS#、CTS#、DTR#、DSR#等用于流控制和设备状态指示。不同的UART通道有各自独立的引脚，确保数据的准确收发。

辅助信号

提供了多种辅助功能，如MPIO0 - MPIO7为多功能输入/输出引脚，EECK、EECS、EEDI、EEDO用于与EEPROM通信，XTAL1和XTAL2用于连接晶体振荡器或外部时钟等。

五、寄存器设置与功能

PCI本地总线配置空间寄存器

负责设置设备在PCI本地总线中的运行环境，提供设备的供应商ID、设备ID等信息，用于PCI自动配置。在系统上电或复位后，操作系统会读取这些信息并为设备分配内存地址。

设备配置寄存器组

可直接从PCI数据总线访问，用于设置设备的一般操作参数和监控各种功能状态。寄存器占用1K的PCI总线内存地址空间，控制或报告两个UART通道的功能，如中断控制、定时器/计数器控制等。

UART通道配置寄存器

每个UART通道都有自己的一套配置寄存器，用于控制通道的操作和状态报告。这些寄存器与16550兼容，同时具备EXAR增强功能，如可编程波特率生成器、收发FIFO控制等。

六、数据传输方法

32位PCI突发传输

支持PCI突发读写事务，可在映射内存区域的任何位置（除保留区域）进行数据传输。通过特定的内存位置（如0x100 - 0x13F用于收发FIFO），可实现高速的数据加载和卸载。正常情况下，最多64字节的RX FIFO数据可在一次32位读取操作中完成，速度比传统的8位读取快至少16倍。此外，还提供了带有LSR状态信息的RX FIFO数据卸载功能，确保数据的完整性。

通过UART通道寄存器的8位FIFO数据传输

使用THR和RHR寄存器进行8位数据传输，这两个寄存器与16C550兼容。在这种模式下，软件驱动需要分别读取LSR内容以获取错误标签。

七、UART详细功能

可编程波特率生成器

每个UART都有自己的波特率生成器（BRG），通过MCR寄存器中的软件位控制预分频器，可将输入时钟分频1或4倍。BRG进一步将时钟分频得到16X或8X采样时钟，从而实现可编程的数据速率。用户可根据需要选择标准或自定义的数据速率。

发送器

发送器由64字节的FIFO、字节宽的发送保持寄存器（THR）和8位发送移位寄存器（TSR）组成。数据从主机或FIFO传输到THR，再由TSR以16X或8X内部时钟逐位发送。发送过程中会添加起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。在FIFO模式下，当FIFO中的数据量低于编程触发级别时，会触发发送空中断。

接收器

接收器包括8位接收移位寄存器（RSR）和接收保持寄存器（RHR）。RSR使用16X或8X时钟对输入字符进行验证和采样，确保数据的准确性。如果接收到的数据存在错误，会在LSR寄存器中报告，并根据IER寄存器的设置触发中断。在FIFO模式下，RHR包含FIFO接收到的第一个数据字符，并在读取后更新LSR状态。

自动硬件流控制

自动硬件RTS/CTS或DTR/DSR流控制用于防止本地和远程接收器FIFO数据溢出。通过设置EFR和MCR寄存器中的相应位，可选择不同的流控制方式。当满足特定条件时，会触发相应的中断，通知系统进行处理。

红外模式

每个UART都集成了与IrDA 1.0兼容的红外编码器和解码器。通过ENIR引脚可方便地启用红外模式，此时TX和RX引脚的电平会根据红外接口要求进行调整。编码器将发送数据中的“0”位编码为3/16位宽的脉冲，解码器将接收到的光脉冲转换为逻辑“0”，降低了红外LED的功耗。

内部回环

每个UART通道都支持内部回环功能，通过设置MCR寄存器的相应位可启用。在回环模式下，发送数据会被内部路由到接收端，可用于系统诊断。

八、编程示例与注意事项

卸载接收数据

使用特殊的接收FIFO数据与状态寄存器卸载数据时，建议先对设备ID（DVID）寄存器进行虚读操作，以避免字节交换问题。在数据卸载过程中，如果需要访问其他寄存器，应再次进行DVID寄存器的虚读操作。

电气特性

文档详细列出了XR17D152在不同电源电压（5V和3.3V）下的直流和交流电气特性，包括输入输出电压、电流、时钟频率等参数，为硬件设计提供了重要参考。在设计过程中，工程师需要根据这些特性合理选择电源和外围电路，确保设备的正常运行。

九、总结

XR17D152以其高性能、多功能和丰富的特性，为通信系统提供了强大的支持。在实际应用中，工程师通过合理设置寄存器、选择合适的数据传输方法和配置引脚功能，能够充分发挥其优势，实现稳定、高效的数据通信。无论是在工业自动化、网络管理还是其他领域，XR17D152都将是一个值得信赖的选择。你在使用XR17D152或类似UART设备时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。