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一种高效的串行通信协议的制定及实现 2010-06-03 16:20:41 来源：电子设计应用 关键字： 串行通信 通信效率 通信协议 1 串行通信介绍串 行通信是将数据分成若干二进制位(bit)，然后通过一条线路或一个通信信道，按照规定的规程逐位依次进行传输，实现计算机与计算机或计算机与外部设备之 间的通信(数据交换)。串行通信具有占用硬件资源少、可大幅度降低通信线路成本、简化通信设备、应用灵活、易维护等诸多优点，在工业控制、电力通信、智能 仪表等领域得到了广泛应用[1]。EIA-RS232、EIA-RS485、电流环、CAN等串行通信方式是通信领域中应用广泛的串行接 口。EIA-RS232是全双工的通信模式，可保证短距离点对点的高速传输，EIA-RS485实现了较长距离下的多点互联通信。CAN属于现场总线的范 畴，采用了多主机制，改善了在集散控制系统下的主从通信模式[2]。随着应用需求的复杂化，对串行通信的性能、通信效率的提升需求越来越明显。如何制定一 套切实可行、简单易用，又能大幅度提高串行通信效率的通信协议；如何在PC端、嵌入式系统端构建一个高效的串行数据处理的应用程序，是串行通信协议中等待 解决的问题。本文将以加油站信息管理系统为例，介绍串行通信协议的制定以及高效通信数据处理的实现。2 串行通信协议的设计2.1 系统总体结构加 油站信息管理系统的结构如图1所示，每台加油机为一个应用节点(即图1中的控制点)，通过半双工RS-485总线连接至通信控制器，在RS-485网络 中，通信控制器为主机(Master)，各加油机为从机(Slave)，构成一个主从通信的网络架构。在多种串行接口标准中，RS-485接口结构简单、 通信速率高、传输距离远、使用传输线较少，长距离通信较经济，在集散式控制装置中得到了广泛应用。RS-485采用差分电平传输，只需2根信号线，即可以 方便地增加控制节点数目[3]。 ? 通信控制器通过全双工RS-232总线与管理PC进行数据交互，管理PC和通信控制器层面的数据交互，保证了实时性和高效性，采用互为主机的通信方式，以此构成集散控制系统[4]。2．2 通信协议格式的定义2.2.1 协议帧格式(1)主机(Master)下发数据帧格式起始标志数据(5AH＋A5H)＋长度(从命令字开始到校验和为止的字节数)＋命令字HIGH＋命令字LOW＋机号＋参数＋一个字节校验和(从命令字开始到校验码前一个字节的逻辑“异或”和)。(2)从机(Slave)上传数据帧格式起始标志数据(9BH＋B9H)＋长度(从命令字开始到校验和为止的字节数)＋命令字HIGH＋命令字LOW＋机号＋参数＋一个字节校验和(从命令字开始到校验码前一个字节的逻辑“异或”和)[5-6]。2.2.2 协议帧解释起始标志数据：采用1个字节或多字节作为帧起始标志，该部分的字节定义应尽量与帧数据的其他部分完全不一样。接收方在接收数据时总是先寻找帧头。帧头的排他性将有利于提高各通信节点的接收效率。长度：应尽量采用短帧，以避免各种干扰因素对通信效率的影响。可根据实际应用情况，在“长度”后增加“长度反码”或“长度补码”等校验数据对长度进行更为严格的校验。命令字：根据实际通信应用需求，可应用1~2字节的通信命令字。机号：该帧所需接收方的地址识别号，可根据实际应用需求对其进行修改，如增加源地址、目的地址等。参数：该帧的应用数据，针对不同的应用，考虑到数据的安全性，可对该部分的数据进行加密处理。校验和：该帧的数据校验，可根据应用需求选择不同的校验方式。3 高效串行通信方式的实现3.1 PC端软件发送数据的处理机制PC 端的软件首先判断最高优先级的命令字是否需要发送，如果需要，则进入该命令字的发送流程；如果没有，接着判断次高级优先级的命令字是否需要发送，如果需 要，则进入发送流程。根据命令字的优先级由高到低的顺序依次判断要发送的命令字，当没有通信数据命令字发送时，PC端软件将发送轮询命令字。此外，在发送 完一帧数据后，PC端软件会开启接收超时定时器T，如果PC端软件在超时时间内收到应答命令数据帧则进入相应数据处理流程，同时关闭接收超时定时器T；如 果系统定时时间内未收到应答命令数据帧，则重新发送该命令字的帧数据，并记录发送该命令字的次数，当发送命令字的帧超过10次未收到相应应答命令，即视为 该命令字和控制点的通信失败，将通信流程重新调整到轮询命令字状态下。3.2 PC端软件接收数据的处理机制在PC软件端的接收程序部分，按字节来处理接收到的每帧数据，而不是按帧来处理。为此，应用程序将串口的接收中断的响应字节阈值设为1，即当接收缓冲区有多于1个数据便进入接收数据处理流程。当 开始接