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基于Lua脚本语言的嵌入式UART通信的实现

归档日期:05-16       文本归类:嵌入式语言      文章编辑:爱尚语录

  随着变电站智能化程度的逐步提高,对温度、湿度等现场状态参量的采集需求也越来越多。就目前而言,在现场应用中,此类设备多采用RS232或RS485等UART串行通信方式和IED(Intelligent Electronic Device,智能电子设备)装置进行交互。一般来说,不同的设备采用的通信数据帧格式并不相同。各式各样的串口数据帧格式,对IED装置的软件定型造成一定的困难。传统的做法一般是由装置生产厂家指定和其配套的外围设备,装置的灵活性不够理想。本文针对此类问题,提出了一种基于的解决方案,可有效地提高IED装置对各种类型串口数据报文帧格式的适应性。该方案将具体串口报文规约的组建和解析交给Lua脚本进行处理,从而使设计者在装置的软件开发中,可仅关注于相关接口的设计,而不用关心具体的串口通信规约,从而方便软件的定型,并提高了装置自身在应用中的灵活性。

  Lua是一种源码开放的、免费的、轻量级的嵌入式脚本语言,源码完全采用ANSI(ISO) C.这一点使它非常适合融入目前以C语言为主的嵌入式开发环境之中。两者之间实现交互的关键在于一个虚拟的栈,通过该虚拟栈和Lua提供的可对该栈进行操作的相关接口函数,可以很方便地在它们之间实现各种类型数据的传递。

  与其他脚本语言(如Perl、Tcl、Python等)相比,Lua表现出了足够的简单性以及非常高的执行效率,结合其与平台的高度无关以及充分的可扩展性[1],这使得它越来越多地得到大家的关注。因此,在本文的方案中优先选用Lua脚本来进行设计。

  本方案主要是围绕着IED装置和外围串口设备之间的通信来进行设计的,系统框架如图1所示。

  当IED装置开始运行时,将创建一个用于UART通信的读写调度任务。在该任务中,首先通过Lua提供的接口函数来启动其脚本引擎,并创建Lua虚拟机。然后即可将用户编写的C函数注册到Lua虚拟机中去,并将存在于Flash文件系统中独立于装置C程序的Lua脚本文件加载到虚拟机中,从而建立起Lua和C的交互环境。在系统应用中,将需要发送到外围设备的具体数据内容都放在Lua脚本文件中。当装置C程序需要发送数据时,通过通信读写调度程序及虚拟机的配合,将这部分数据取出,并调用串口驱动程序发送给外围设备。当收到外围设备发给IED装置的报文时,再将相应数据传给虚拟机中运行的脚本程序进行处理,并由Lua根据数据处理结果来调用已注册的C函数进行相关业务处理。

  其中,串口通信芯片采用TI公司的带64字节FIFO的4通道可编程UART芯片TL16C754B来实现。它的4个通道可分别独立编程,在3.3 V的操作电压下,数据传输速率可高达2 Mbps,适合多种UART通信环境中的应用[2]。基于装置的应用环境,本文采用RS485的问答机制并结合查询方式来对该串口通信方案进行设计。在方案实现中,装置将每隔一定时间通过串口芯片发送一次查询报文,当查询到外围设备发送的正确响应报文后,再进行相关业务处理。

  在嵌入式应用领域,串口通信的应用比较成熟,因此,本文将着重介绍Lua是如何服务于这一应用的。从图2可以看出,Lua的使用主要体现在如下几个方面:

  要建立交互环境,首先要启动Lua脚本引擎,并创建虚拟机。其机制虽然相对复杂,但对应用来说却比较简单,通过“L=lua_open(NULL);”即可实现。其中,L是一个指向结构类型为lua_State的指针变量,该结构将负责对Lua的运行状态进行维护。

  为了实现Lua脚本函数对系统程序中串口发送和接收缓存区的数据进行访问,定义了几个C函数供脚本调用,即用于设置串口发送缓冲区的函数set_tx_buf、读取串口接收缓冲区的函数get_rx_buf,以及在Lua脚本中判断串口数据交互正常时调用的结果处理函数uart_ok_del.

  在Lua脚本中,要成功调用以上函数,必须将其加载到Lua虚拟机中去,本文采用Lua提供的一种注册C函数库的方法来实现。具体加载过程如下:

本文链接:http://scrinzoom.com/qianrushiyuyan/33.html

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