基于Vxworks實時操作系統的串口通信程序設計與實現
http://www.dcyhziu.cn 2007/6/5 源自:中華職工學習網 【字體：
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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、Palm 0S、Lynx0S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于領先地位。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戰斗機、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，而且可擴大其應用范圍。
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，支持廣泛的網絡通信協議，并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于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*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，加以太網、串行線路、在線仿真等。Tornado能夠支持Windows、Unix等流行的工作平臺和PowerPC、X86、ARM等幾乎所有的目標處理器，所提供的工具可用于所有目標機，并具有兩種調試模式(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絡產品，極大地擴展了Tornado的網絡特性，并增強了嵌人式微處理器的網絡特性。[1]
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接口，其本質功能是作為CPU和串行設備間的編碼轉換器。當數據從CPU經過串行端口發送出去時，字節數據轉換為串行的位；在接收數據時，串行的位被轉換為字節數據。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)，通信完成后必須釋放資源(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、獨立于設備的接口，任何對于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。在串口通信軟件的設計中，當串口初始化完成后，在使用之前利用open()打開相應串口，然后進行配置。
VxWorks提供終端和偽終端設備驅動。Tty驅動針對實終端；pty針對仿真終端的程序。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符對讀者都是有效的；在line模式下所有輸入字符被存儲，直到NEWLINE字符輸入。設備選項字使用帶FIOSETOPTIONS 功能的ioctl()程序來設置。[2]
配置完成后，依據串口打開時的讀寫標志，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，可采用中斷方式，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采用486機作為目標機，串口通信時目標機VxWorks系統啟動盤的制作步驟：
(1) 修改通用配置文件\\Tornado\target\config\pc486\config.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 1 /*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/vxWorks \ h=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 > Boot Rom 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\target\config\pc486\bootrom_uncmp至\\Tornado\host\bin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驅；
(6) 在目錄\\Tornado\host\bin下執行命令 mkboot a: bootrom；
(7)拷貝\\Tornado\target\config\pc486\VxWorks至軟盤；
(8) 將系統制作盤插入目標機軟驅，加電啟動目標機即載入VxWorkst系統。[3]
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”，0_RDWR，0)；//打開串口并返回串口設備文件描述符
if(sfd ==ERROR) //如果不能打開串口1則打印出錯信息
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); //清空輸入輸出緩沖
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)); //從串口讀字符
printf("accept message is : %s \n\n", 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_buf，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標準串行口通信則采用了雙線傳輸，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，這對于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，并給出了示例程序，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于工業控制等多方面，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范圍。
參考文獻：
1孔祥營，柏桂枝．嵌入式實時操作系統vxworks及其開發環境Tornodo[M]．北京:中國電力出版社，2002.01
2 陳智育，溫彥軍，陳琪編著VxWorks程序開發實踐. 北京:人民郵電出版社，2004.05
3李方敏編著VxWorks高級程序設計. 北京:清華大學出版社，2004.05
目前市場上比較著名的實時操作系統有：VxWorks、PSOS、Nucleus、QNX、VRTX、Windows CE、Palm 0S、Lynx0S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于領先地位。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戰斗機、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，而且可擴大其應用范圍。
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，支持廣泛的網絡通信協議，并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于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*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，加以太網、串行線路、在線仿真等。Tornado能夠支持Windows、Unix等流行的工作平臺和PowerPC、X86、ARM等幾乎所有的目標處理器，所提供的工具可用于所有目標機，并具有兩種調試模式(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絡產品，極大地擴展了Tornado的網絡特性，并增強了嵌人式微處理器的網絡特性。[1]
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接口，其本質功能是作為CPU和串行設備間的編碼轉換器。當數據從CPU經過串行端口發送出去時，字節數據轉換為串行的位；在接收數據時，串行的位被轉換為字節數據。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)，通信完成后必須釋放資源(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、獨立于設備的接口，任何對于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。在串口通信軟件的設計中，當串口初始化完成后，在使用之前利用open()打開相應串口，然后進行配置。
VxWorks提供終端和偽終端設備驅動。Tty驅動針對實終端；pty針對仿真終端的程序。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符對讀者都是有效的；在line模式下所有輸入字符被存儲，直到NEWLINE字符輸入。設備選項字使用帶FIOSETOPTIONS 功能的ioctl()程序來設置。[2]
配置完成后，依據串口打開時的讀寫標志，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，可采用中斷方式，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采用486機作為目標機，串口通信時目標機VxWorks系統啟動盤的制作步驟：
(1) 修改通用配置文件\\Tornado\target\config\pc486\config.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 1 /*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/vxWorks \ h=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 > Boot Rom 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\target\config\pc486\bootrom_uncmp至\\Tornado\host\bin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驅；
(6) 在目錄\\Tornado\host\bin下執行命令 mkboot a: bootrom；
(7)拷貝\\Tornado\target\config\pc486\VxWorks至軟盤；
(8) 將系統制作盤插入目標機軟驅，加電啟動目標機即載入VxWorkst系統。[3]
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”，0_RDWR，0)；//打開串口并返回串口設備文件描述符
if(sfd ==ERROR) //如果不能打開串口1則打印出錯信息
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); //清空輸入輸出緩沖
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)); //從串口讀字符
printf("accept message is : %s \n\n", 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_buf，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標準串行口通信則采用了雙線傳輸，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，這對于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，并給出了示例程序，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于工業控制等多方面，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范圍。
參考文獻：
1孔祥營，柏桂枝．嵌入式實時操作系統vxworks及其開發環境Tornodo[M]．北京:中國電力出版社，2002.01
2 陳智育，溫彥軍，陳琪編著VxWorks程序開發實踐. 北京:人民郵電出版社，2004.05
3李方敏編著VxWorks高級程序設計. 北京:清華大學出版社，2004.05
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