單片機(jī)性能穩(wěn)定,、價格低廉、功能強(qiáng)大,，在智能儀器,、工業(yè)裝備以及日用電子消費(fèi)品中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在單片機(jī)的輸入輸出控制中,，除直接接上小鍵盤和 LCD顯示屏等方法外,，一般都通過串口和上位機(jī)PC進(jìn)行通信，而后一種方法由于能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,，并且能夠利用PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能以及友好的控制界面,，顯得尤為重要。在一般的利用PC機(jī)對單片機(jī)進(jìn)行控制的場合,，都是采用Windows作為上位機(jī)的平臺,，其優(yōu)點是界面友好，編程和操作都比較容易,，缺點是穩(wěn)定性太差,，這對于需要連續(xù)數(shù)天或數(shù)月運(yùn)行的裝置來說，尤其不合適,。在要求比較苛刻的場合,，一般都采用UNIX工作站作為主控平臺，如合肥同步輻射加速器的主控平臺采用的是SUN的Solaris工作站系統(tǒng),，然而UNIX工作站昂貴的價格又大大限制了其使用的范圍,。近年來，隨著Linux的迅猛發(fā)展,，使其逐漸從少數(shù)人的玩具變成了主流的操作系統(tǒng),。Linux是遵循GPL協(xié)議的免費(fèi)源代碼開放軟件，任何人都可以自由的從Internet上取得其源程序,，也可在GPL的協(xié)議下修改其源代碼以適應(yīng)特定的應(yīng)用,，其運(yùn)行在普通的PC上，性能穩(wěn)定,，特別適于做工業(yè)控制,，因此實現(xiàn)Linux和單片機(jī)的串行通信非常有意義，他可以是昂貴的UNIX工作站的一種可選的替代方法,。
1 硬件原理
目前國內(nèi)使用較多的為MCS-51系列的單片機(jī),，因此選用的單片機(jī)實驗對象為一片AT89C51，圖1是硬件原理圖,，由于要實現(xiàn)符合RS232C的串行通信,，還應(yīng)該用一片ICL232CPE(MAX232)作為串行通信的電平轉(zhuǎn)換電路,。在實驗過程中，為了查看通信是否成功,，除了讓單片機(jī)對上位機(jī)回送數(shù)據(jù)外,，還在單片機(jī)外圍擴(kuò)展了幾片鎖存器，幾個LED發(fā)光二極管和幾個小鍵盤,。串行通信是采用最簡單的TxD,，RxD，GND三線制連接,，注意TxD和RxD 兩邊應(yīng)該交叉連線,。
上位機(jī)是一臺普通的PC機(jī)，共有2個串行口COM1,，COM2,，其運(yùn)行RedHat8．0，實際上,，如果不要求運(yùn)行Gnome或KDE等圖形界面,，Linux對系統(tǒng)硬件的要求相當(dāng)?shù)汀?/p>
實驗證明，此電路簡單可靠,，非常適用于測試串行通信,。
2 串行通信程序設(shè)計
串行通信程序包括下位機(jī)單片機(jī)和上位機(jī)PC機(jī)的程序。單片機(jī)接收上位機(jī)傳來的數(shù)據(jù),，放到片內(nèi)RAM里面,，再將RAM內(nèi)數(shù)據(jù)同時發(fā)送到外部擴(kuò)展鎖存器和上位機(jī),，由此可以判斷通信是否成功,。此程序由匯編語言寫成，初始化時波特率設(shè)置為4 800 b/s,，通信方式為8－N－1,。
上位機(jī)程序的編寫是關(guān)鍵部分，因為要對串口硬件設(shè)備進(jìn)行操作,，有2種方法,，一是利用Linux內(nèi)核自帶的串口驅(qū)動程序，另外一種方法就是直接讀寫串口硬件端口,，下面分別介紹,。
2．1 利用串口驅(qū)動程序的編程方法
利用Linux自身的串口驅(qū)動程序進(jìn)行編程，實際上就是調(diào)用驅(qū)動程序的一系列函數(shù),，完成串口通信參數(shù)的設(shè)置,，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在這種方法中,，Linux給每個串口都分配一個文件索引號,，有相應(yīng)的文件名稱，實際上是將硬件設(shè)備看成一種特殊的文件，如COM1,，COM2對應(yīng)的文件分別為/dev/ttyS0,，/dev/ttyS1，操作這2個串口實際上就是操作這2個文件,，而對硬件設(shè)備文件的操作與對普通文件的操作并沒有什么不同,，都可以使用相同的文件I/O調(diào)用函數(shù)(open，write,，read,，close)，不同之處在于用系統(tǒng)調(diào)用 open()打開串口得到相應(yīng)設(shè)備的文件描述符以后,，先要對其進(jìn)行初始化,，設(shè)置一些特定的參數(shù)，如波特率,、數(shù)據(jù)位,、輸入輸出方式等，這些參數(shù)存放在 structtermios中,，函數(shù)tcsetattr()可以設(shè)置串口的structtermios,，tcgetattr()可以得到串口的 struct termios。設(shè)置完通信參數(shù)后就可用read和write對串口文件進(jìn)行讀寫了,。運(yùn)行程序時要注意用戶是否有對要操作的串口文件進(jìn)行讀寫的權(quán)力,，可以用chmod命令進(jìn)行文件權(quán)限修改。
初始化函數(shù)如下：
初始化以后就開始發(fā)送和接收數(shù)據(jù),，先將一個字符串發(fā)送給單片機(jī),，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)返回給上位機(jī),。但需要注意的是,，由于上位機(jī)速度比單片機(jī)快得多，一次不能發(fā)送過多的數(shù)據(jù),，否則極有可能使發(fā)送緩沖區(qū)溢出而丟失數(shù)據(jù),，發(fā)送過后，還需等待一段時間,，使單片機(jī)將數(shù)據(jù)完全發(fā)送到上位機(jī)后,，再進(jìn)行讀取。
2．2 直接讀寫串口硬件端口的方法
在使用這個方法的時候,，必須對串口通信的硬件原理有一些了解,。PC機(jī)的串口是由通用異步收發(fā)器8250UART(或16550)為核心構(gòu)成的，寄存器基地址分別是0x3f8(COM1)和0x2f8(COM2),，還有其他的一些用于控制的寄存器,。有很多寄存器是與Modem相關(guān)的,，而在使用三線制進(jìn)行通信時用不到，只用關(guān)心與通信相關(guān)的寄存器,，比起使用為通用功能編寫的串口設(shè)備驅(qū)動程序來,，直接讀寫相關(guān)寄存器效率更高。
初始化后,，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)了,，接受數(shù)據(jù)之前必須保證接收數(shù)據(jù)就緒，這可以通過0x2fd的D0來判斷,，發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須保證發(fā)送寄存器為空,，這可以通過0x2fd的D5來判斷，代碼如下：
3 結(jié)語
實驗表明,，此系統(tǒng)采用的2種方法都完全實現(xiàn)了LinuxPC機(jī)與單片機(jī)之間點對點的通信,，方法簡單可靠，基本上在需要用到PC機(jī)與單片機(jī)串行通信的場合均可采用此種方法,。隨著近年來Linux在國內(nèi)應(yīng)用范圍的日益壯大,，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域也必將越來越多的采用Linux,，本文可以算作是一個有益的嘗試,。當(dāng)然在實際應(yīng)用中還需要考慮一些問題，比如進(jìn)行出錯處理的問題,，可以在一個要發(fā)送的字符串后再發(fā)送一個校驗和,，當(dāng)收到返回的校驗和與發(fā)送的校驗和不一致時再進(jìn)行重發(fā)，再比如所采用的RS232C傳輸距離很短,，并且抗干擾能力很差,，這時需要將總線轉(zhuǎn)換成差分傳輸?shù)腞S485/RS422。另外,，稍加改進(jìn),，就可實現(xiàn)PC機(jī)與多片51單片機(jī)的串行通信,，這時由于共用一條總線,，必須給每個單片機(jī)分配一個地址，然后由PC機(jī)對總線進(jìn)行仲裁,，只有獲得總線使用權(quán)的單片機(jī)才能與上位機(jī)進(jìn)行通信,，這里不再贅述。
總之,，本文只是為Linux PC和單片機(jī)串行通信提供了一個典型的范例,，要應(yīng)用到實際的項目中去，還需要根據(jù)實際的情況具體考慮,，靈活應(yīng)用,，最終才能形成一個可靠的基于Linux平臺的系統(tǒng),。
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