Linux下ARM和單片機的串口通信分析

劉衛(wèi)明

摘 要：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中單片機主要側(cè)重控制，對數(shù)據(jù)處理的能力并不高，運算處理也十分的繁瑣，而通過串口與上位機通信則可利用上位機強大的數(shù)據(jù)處理能力與友好控制界面對數(shù)據(jù)進行妥善處理與顯示，使得設(shè)計效率大大地提高。其中串口通信作為簡單的硬件連接，是一種成熟的通信協(xié)議，也是上下位之間通信的首選?；诖吮疚膶inux下ARM和單片機的串口通信進行了研究分析，以適用于更多的場合。

關(guān)鍵詞：上位機；單片機；Linux操作系統(tǒng)；嵌入式ARM；串口通信

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.114

Linux操作系統(tǒng)穩(wěn)定性高，源代碼公開，在工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)、機器人等領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用，嵌入式ARM的優(yōu)點在于體積小、噪音低、數(shù)據(jù)處理能力強等，Linux ARM嵌入系統(tǒng)屬于Linux操作系統(tǒng)、ARM硬件平臺的結(jié)合，兼具二者的優(yōu)勢，是一種常用的開發(fā)智能控制設(shè)備的組合?；赯igBee技術(shù)（IEEE802.15.4協(xié)議）的CC2530為第二代網(wǎng)絡(luò)處理芯片優(yōu)勢顯著，在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用，但是面對控制通信復(fù)雜的場合還無法完全滿足需求，因此需要結(jié)合性能更加強大的處理器作為上位機來滿足需求，Linux-ARM嵌入式系統(tǒng)與CC2530都擁有串口通信方式，構(gòu)建起二者之間的信息傳遞通道。通過上下位機之間串口通信使用，可以讓串口操作的難度大大下降，讓開發(fā)效率得到提高，進而讓開發(fā)人員能夠集中精力進行大型應(yīng)用程序的開發(fā)。

1 Linux ARM嵌入系統(tǒng)串口通信

在數(shù)據(jù)采集、圖像處理、自控設(shè)備、智能終端與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等方面S5PV210AH有著廣泛地應(yīng)用，該處理器是三星生產(chǎn)，主頻為1GHz，內(nèi)核為ARM Cortex A8，Cortex A8的串口通信為Linux操作系統(tǒng)控制完成，程序流程為：打開串口設(shè)備→打開成功→串口屬性設(shè)置→設(shè)置成功→收發(fā)數(shù)據(jù)→返回系統(tǒng)。首先打開串口設(shè)備并通過文件實現(xiàn)對設(shè)備的管理，對串口操作就等同于文件操作。Linux系統(tǒng)當(dāng)中，設(shè)備文件是在dev目錄中進行存放的，串口文件名為ttyS*，*標志著不同的串口（為0開始的整數(shù)）。通過函數(shù)open（）打開串口，具體函數(shù)為：，其中fd為open（）函數(shù)的返回值（表示文件描述符），ttyS0為串口1，O_RDWR表示可以進行串口的讀寫操作，Linux系統(tǒng)內(nèi)核可用此文件描述對文件進行訪問，當(dāng)fd為-1，表明打開失敗，程序返回系統(tǒng)，若成功打開則進行下一步的“串口參數(shù)設(shè)置”。

串口設(shè)置首先要獲取串口參數(shù)，進行后續(xù)的參數(shù)配置，最后設(shè)置參數(shù)到串口。其中tcgetarrt（）、tcsetattr（）函數(shù)與termios結(jié)構(gòu)為主要所應(yīng)用的函數(shù)及結(jié)構(gòu)。詳細的配置步驟為：

①定義一個termios結(jié)構(gòu)體變量opt，應(yīng)用tcgetarrt（）函數(shù)將串口參數(shù)提取到opt當(dāng)中；②進行串口參數(shù)的基本設(shè)置（包括校驗率、波特率、流控、停止位等等）；③進行串口參數(shù)設(shè)置，即是把opt結(jié)構(gòu)體當(dāng)中的參數(shù)設(shè)置到串口當(dāng)中。

在對串口參數(shù)完成設(shè)置后，串口便可進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，數(shù)據(jù)接收過程調(diào)用函數(shù)，表示從fd所指示文件中讀取所需的緩沖區(qū)；數(shù)據(jù)發(fā)送過程調(diào)用函數(shù)，表示從WR_buff所指緩沖區(qū)輸出字節(jié)到fd所指示文件當(dāng)中。在數(shù)據(jù)收發(fā)完成后，然后用close（fd）函數(shù)將串口關(guān)閉。

2 CC2530串口通信

CC2530開發(fā)板是ZigBee技術(shù)（IEEE802.15.4協(xié)議）開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、應(yīng)用軟件與安全等方面的技術(shù)標準，特點在于復(fù)雜度低、距離近、功耗低、低數(shù)據(jù)速率等，CC2530開發(fā)板是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最好選擇，在物聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控與自動控制等多個領(lǐng)域中有廣泛地應(yīng)用。CC2530集成了51單片機內(nèi)核，與眾多的ZigBee芯片相比具有開發(fā)模板、完整的原理圖與例程源碼，操作、連接都更加方便。

在IAR集成環(huán)境中應(yīng)用ZStack2.5.1協(xié)議棧進行CC2530的開發(fā)，在串口通信的開發(fā)過程中，CC2530定義為協(xié)調(diào)器，開發(fā)步驟具體為：

①對串口初始化，找到應(yīng)用層中的操作系統(tǒng)接口文件，找出文件中的函數(shù)體，其最后一個函數(shù)接受串口通信任務(wù)，在中找到函數(shù)體添加MT_Uartinit（）函數(shù)調(diào)用語句。②登記任務(wù)號，通過函數(shù)完成任務(wù)號登記，并直接跟在MT_Uartinit（）后，通過task_id將串口事件在中登記。③串口通信，在文件中找到函數(shù)，添加接收語句或者發(fā)送語句，分別從MT_UART.h庫調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)。

3 串口通信效果驗證

ARM和單片機串口通信程序主要包括有兩個方面，第一個是作為上位機的ARM的串口通信程序，另一個方面是作為下位機的單片機串口通信程序。并且在通信之前必須制定出合理的通信協(xié)議，進而讓通信的可靠性與成功率得到保證。

對CC2530串口通信的效果進行驗證，利用串口調(diào)試助手進行串口通信的驗證，測試過程中使用語句HalUARTWrite（0，“DATA FROM cc2530.＼n”，40），通過結(jié)果顯示串口調(diào)試助手對CC2530所發(fā)出的信息做出了完整的接收。

4 結(jié)束語

在嵌入技術(shù)的不斷發(fā)展之下，基于ARM處理器搭建的硬件平臺，以Linux操作系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境嵌入式設(shè)備也得到了越發(fā)廣泛地應(yīng)用。ARM和單片機之間進行數(shù)據(jù)傳輸可以采用多種通信方式，串口通信是采用的簡單的硬件連接，擁有自身成熟的通信協(xié)議，也是兩位機之間進行通信的首選方式。本文介紹的通信技術(shù)可用在大多數(shù)的Linux下ARM與單片機串口通信場合中進行應(yīng)用，通過在此基礎(chǔ)上進行深入的改進可實現(xiàn)用于更多的Linux ARM平臺的嵌入功能。在這個過程當(dāng)中，還需要注意的是因為上位機ARM速度與單片機相比更快，因此一次性無法將大量的數(shù)據(jù)進行發(fā)送，避免發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)溢出出現(xiàn)丟失的情況，開發(fā)人員需要根據(jù)通信雙方設(shè)備的具體情況對幀長度進行合理地選擇，讓傳輸狀態(tài)達到最佳。

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