基于嵌入式的變電站蓄電池遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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2CM模塊端的通信軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
軟件的設(shè)計(jì)主要是模塊之間數(shù)據(jù)的交換及處理，CM模塊端即ARM上的軟件設(shè)計(jì)包括兩大部分。一是與TM模塊的通信，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線RS485進(jìn)行串口數(shù)據(jù)通信。接收單片機(jī)的檢測、報(bào)警、等數(shù)據(jù)，并把接收到的PC機(jī)控制命令傳送至TM模塊。另一部分是與PC機(jī)的通信，通過Socket的UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，兩者之間形成C/S結(jié)構(gòu)模式。應(yīng)用以太網(wǎng)通信(基于TCP/IP)的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸共享，實(shí)現(xiàn)交互操作。系統(tǒng)通信流向如圖3所示。
CM模塊端與單片機(jī)和PC機(jī)兩方數(shù)據(jù)通信采用多進(jìn)程方式來實(shí)現(xiàn)，與單片機(jī)串口通信和PC機(jī)的套接口通信分別在CMTM和CMPC這兩個進(jìn)程中完成，兩進(jìn)程之間通過共享內(nèi)存和信號量實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享及進(jìn)程間的同步。
2.1串口通信(CMTM進(jìn)程)
利用串口進(jìn)行文件傳輸首先要打開和配置串口，按要求設(shè)置好速度和傳送方式之類的參數(shù)；然后，選擇一定的傳送協(xié)議和方式，設(shè)置好傳送雙方的同步方式；接著就可以按照選擇的傳送協(xié)議和同步方式來傳送數(shù)據(jù)或文件了。Linux平臺下串口屬性參數(shù)全部反映在一個structtermios結(jié)構(gòu)體中，其結(jié)構(gòu)如下：
structtermios{
tcflag_tc_iflag；//輸入模式標(biāo)志
tcflag_tc_oflag；//輸出模式標(biāo)志
tcflag_tc_cflag//控制模式標(biāo)志
tcflag_tc_lflag；//線路選項(xiàng)
cc_tc_line；//行控制
cc_tc_cc[NCCS]；//控制字符
}；
其中含有大約50個標(biāo)志位，這些標(biāo)志位在頭文件termios.h中定義。串口編程的關(guān)鍵是對串口的配置，為了編程方便，Linux系統(tǒng)還包含了一系列針對termios結(jié)構(gòu)的設(shè)置函數(shù)，用來完成獲取和設(shè)置串口屬性[2]。Linux下串口設(shè)置很多，本設(shè)計(jì)主要的設(shè)置有如下幾方面：
①c_cflag的基本參數(shù)設(shè)置，如波特率(Baudrate)、數(shù)據(jù)位(Bits)、停止位(Stops)及校驗(yàn)方式(Parity)等。配置過程如下：
struettermiosoptions；//termios的變量聲明
optionsc_cflag|=B9600；//波特率為9600bps
optionsc_cflag|=CS8；//采用8個數(shù)據(jù)位
optionsc_cflag|=～CSTOPB；//使用1個停止位
optionsc_cflag=～PARENB；//取消校驗(yàn)位
②輸入輸出方式設(shè)定。根據(jù)是否對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可分為預(yù)處理方式(Canonical)和原始(Raw)方式。預(yù)處理方式常用于Modem通信。如果只是串口傳輸數(shù)據(jù)，而不需要串口來處理，則使用原始模式(RawMode)方式來通訊，本文采用原始輸入方式：
options.c_lflag=~(ICANON|ECHO|ECH-OE|ISIG)；//RawModeforlnput
options.c_oflag=~OPOST；//RawModeforOutput
③控制字選項(xiàng)
c_cc包含一些控制字的定義和讀取等待定時(shí)器(ReadTimeoutTimer)配置選項(xiàng)。其中，VSTART和VSTOP參數(shù)設(shè)定軟件流控制的起始和停止字符(默認(rèn)是11H和13H)。VMIN和VTIME參數(shù)用來控制系統(tǒng)的讀操作，VMIN設(shè)置每次讀取的最少字節(jié)數(shù)，VTIME設(shè)置讀取操作的等待時(shí)間(以0.1s為單位)。這2個參數(shù)的具體值影響了讀操作的行為。本文無軟件流的控制。所以設(shè)置如下：
Optionsc_cc[VTIME]=150；
Optionsc_cc[VMIN]=0；
除了上述的配置，傳送協(xié)議和方式的設(shè)定也是很關(guān)鍵的一環(huán)。結(jié)合實(shí)際情況，基于modbus協(xié)議的RTU傳輸模式作了相應(yīng)的小變動。由于變電站蓄電池數(shù)目較多，實(shí)現(xiàn)通信信息的識別，在發(fā)送包含自檢信息的字節(jié)前，先發(fā)送4個字節(jié)用于接收端的判斷，然后是幀長度(1byte)、目標(biāo)地址(1byte)、源地址(1byte)、命令字(1byte)、標(biāo)志數(shù)據(jù)(2byte)、數(shù)據(jù)(n*3byte)，最后是幀數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)值(2byte)。這里通訊數(shù)據(jù)采用不定長幀格式，便于后序功能的擴(kuò)展。串口配置、通訊協(xié)議和方式規(guī)定完成后，便可用read()和write()等函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送了。ARM與單片機(jī)串口數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)在CMTM進(jìn)程中完成，其主流程圖如圖4(a)所示。進(jìn)程TMCM通過串口監(jiān)聽并接收單片機(jī)發(fā)送的檢測信號以及發(fā)送PC機(jī)的操作命令，負(fù)責(zé)將TM模塊發(fā)來的串口數(shù)據(jù)接收后存人相應(yīng)的反饋數(shù)據(jù)共享內(nèi)存SHM_TMCM中去，同時(shí)負(fù)責(zé)檢查共享內(nèi)存SHM_CMTM中是否有新的控制或操作命令到來，若有則將其轉(zhuǎn)發(fā)到串口。試運(yùn)行時(shí)編寫相關(guān)的串口軟件，手動和自動對CM模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，此進(jìn)程能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地與軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通信效果良好。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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