Vxworks實時操作系統的串口通信程序設計與實現

admin @ 2014-03-25 , reply:0

 1 前言
    目前市場上比較著名的實時操作系統有:VxWorks、PSOS、Nucleus、QNX、VRTX、Windows CE、PalmOS、LynxOS等。 其中,VxWorks是一個具有微內核、可裁剪的高性能強實時操作系統,在實時操作系統市場上處於領先地位。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中,如衛星通訊、彈道制導、飛機導航等。在美國的F-16戰鬥機、B-2隱形轟炸機和愛國者導彈上,甚至火星探測器上都使用了VxWorks實時操作系統。在嵌入式實時操作系統中使用串口通信,不僅可擴展嵌入式設備通信能力,而且可擴大其應用範圍。

2 Vxworks簡介
    VxWorks是由wRS(wind River Systems,Inc.)公司開發的一套具有微內核、高性能、可伸縮的實時操作系統,支持廣泛的網路通信協議,並能夠根據用戶的需求進行組合。其開放式的結構和對工業標準的支持使開發者只需做最少的工作即可設計出有效的適合於不同用戶要求的系統。除了性能出眾的操作系統之外,wRS公司還提供了優秀的實時操作系統開發工具Tornado。Tornado由三個高度集成的部分組成:Tornado工具。一整套強有力的交叉開發工具:VxWorks運行系統,是運行在目標機上的高性能、可裁剪的實時操作系統;連接目標機和宿主機的通信選項,加乙太網、串列線路、在線模擬等。Tornado能夠支持Windows、Unix等流行的工作平台和PowerPC、X86、ARM等幾乎所有的目標處理器,所提供的工具可用於所有目標機.並具有兩種調試模式(系統模式和任務模式)。除了基本的功能和開發工具外,Tornado還具有先進的系列網路產品,極大地擴展了Tornado的網路特性,並增強了嵌人式微處理器的網路特性。

3 串口通信基本原理
    串口在嵌入式系統當中是一類重要的數據通信介面,其本質功能是作為CPU和串列設備間的編碼轉換器。當數據從CPU經過串列埠發送出去時,位元組數據轉換為串列的位;在接收數據時,串列的位被轉換為位元組數據。應用程序要使用串口進行通信,必須在使用之前向操作系統提出資源申請要求(打開串口),通信完成後必須釋放資源(關閉串口)。
    串口通信的優點是開發簡單,在傳輸數據量不大、要求速度不高而傳輸距離較大的通信場合得到廣泛應用。
    在VxWorks中,將I/O系統設計成為任何類型的設備提供一個簡單、統一、獨立於設備的介面.任何對於串口的操作都可以視為對一個文件的操作.而不必了解串口設備或程序驅動實現的細節。在串口通信軟體的設計中,當串口初始化完成後,在使用之前利用open()打開相應串口,然後進行配置。
    VxWorks提供終端和偽終端設備驅動。Tty驅動針對實終端;pty針對模擬終端的程序。Tty設備有兩種操作模式:raw模式和line模式。在raw模式下.每個剛從設備輸入的字元對讀者都是有效的;在line模式下所有輸入字元被存儲,直到NEWLINE字元輸入。設備選項字使用帶FIOSETOPTIONS功能的ioctl()程序來設置。
    配置完成後,依據串口打開時的讀寫標誌,調用函數write()、read()對串口進行只讀操作、只寫操作或同時進行讀寫操作。
    為提高數據接收的實時性,可採用中斷方式.利用VxWorks提供的select函數的事件觸發機制,將讀串口的任務阻塞使其一直等待數據,當有數據來到的時候該任務會立刻自動響應,提高系統的實時性。

4 環境配置
    在本實時應用系統中採用486機作為目標機,串口通信時目標機VxWorks系統啟動盤的製作步驟:
(1)修改通用配置文件\Tornado argetconfigpc486config.h。在config.h文件中加入以下宏定義:
#define INCLUDE_WDB
#define INCLUDE_WDB_TTY_TEST
#undef WDB_COMM_TYPE
#define WDB_COMM_TYPE WDB_COMM_SERIAL
/*定義通信方式為串口聯結*/
#define WDB_TTY_CHANNEL /*通道號*/
#define WDB_TTY_BAUD 9600 /*串口速率,可設置至38400*/
#define WDB_TTY_DEV_NAME "tyCo/1"
#define CONSOLE_TTY 0
#define DEFAULT_BOOT_LINE "fd=0,0(0,0) hostname:/fd0/vxWorksh=主機ip e=目標機 ip u=主機上的登錄用戶名"

(2)在Tornado集成環境中執行菜單命令Project>Make PC486>Common Targets>clean刪除以前生成的文件。執行菜單命令Project>Make PC486>BootRom Targets > bootrom_uncmp 編譯鏈接生成bootrom_uncmp;再選擇Vxworks Target,編譯生成Vxworks;

(3)拷貝\Tornado argetconfigpc486ootrom_uncmp至\Tornadohostin下;

(4)重命名文件bootrom_uncmp為bootrom;

(5)準備一張已格式化的空盤插入軟碟機;

(6)在目錄\Tornadohostin下執行命令mkboot a:bootrom ;

(7)拷貝\Tornado argetconfigpc486VxWorks至軟盤;

(8)將系統製作盤插入目標機軟碟機,加電啟動目標機即載入VxWorks系統。

5 程序示例
5.1 在程序中加入下列頭文件
#include <vxWorks.h>
#include "strLib.h"
#include <string.h>
#include <sioLib_h>
#include <ioLib.h>
#include <stdio.h>
#include <ioctl.h>
#include <selectLib.h>
#include "types/vxTypesOld.h"

5.2 打開串口
int open_ com1(void)//打開串口1函數
{
 int sfd;//串口設備文件描述符
 sfd=open("/tyCo/0",O_RDWR,0);//打開串口並返回串口設備文件描述符
 if(sfd==ERROR)//如果不能打開串口1則列印出錯信息
 printf("You can't open port com1!");
}

5.3 配置串口
int config_com1(void) //串口1配置函數
{
 ioctl(sfd,FIOSETOPTIONS,OPT_LINE); //設置串口工作模式為行模式:LINE_MODE
 ioctl(sfd,FIOBAUDRATE,9600); //設置串口波特率為9600bps
 ioctl(sfd,FIOFLUSH,0);//清空輸入輸出緩衝
 ioctl(sfd,SIO_HW_OPTS_SET,CS8|STOPB|PARENB|PARODD);
//設置8位數據位,2位停止位,帶校驗位,奇校驗
}

5.4 串口接收數據
int accept_com1(void)//從串口1接收數據函數
{
 while(1)
{
  char accept—buf;
  FD_ZERO(&fds_data); //位碼置零
  FD_SET(sfd,&fds_data);//初始化位碼
  width=sfd+1;
//任務阻塞等待讀串口準備完畢;
  if(select(width,&fds_data,NULL,NULL,NULL)== ERROR)
  return(ERROR);
  read(sfd,accept_buf,sizeof(accept_buf)); //從串口讀字元
  printf("accept message is:%s ",accept_buf); //輸出接收到的信息
}

5.5 串口發送數據
int send_com1(void)//向串口1發送數據函數
{
 char *send_buf="Data had accept!"; //待發送數據
//任務阻塞等待寫串口準備完畢
 if(select(width,NULL,&data_fds,NULL,NULL==ERROR)
  return(ERROR);
  if(FD_ISSET(sfd,&fds_data)) //檢查串口準備好就向串口寫數據
  write(sfd,send_bur,sizeof(send_buf));
}

5.6 關閉串口
close(sfd);

6 結束語
    RS-232串口通信雖速率不高,但RS-422標準串列口通信則採用了雙線傳輸,大大增加了抗共模干擾的能力,最大數據傳輸速度可以達到10Mb/s,這對於遠程數據交換具有極大的優勢。
    本文描述了在實時操作系統VxWorks中利用串口實現數據通信的方法,並給出了示常式序.目前已經在我們開發的風洞測控系統中獲得了應用。該方法可將其串口通信可適用於工業控制等多方面,具有廣泛的適應性。在嵌入式實時操作系統中使用串口通信,不僅可擴展嵌入式設備通信能力,而且可擴大其的應用範圍。




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