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基于xPC目标的串口数据实时通信

作者：侯志礼璩金超

来源：《电脑知识与技术》2013年第19期

摘要：针对半实物仿真中串口数据实时通信要求，提出一种xPC系统下简单可行的串口

通信方法。利用该方法设计的某型电液疲劳试验机的数据通信模块，可间隔1ms发送一次数

据，试验验证利用普通PC机串口可使最大可靠数据传输速率达80000bit/s。

关键词：xPC目标；串口通信；大数据量

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）19-4381-04

xPCTarget是美国MathWorks公司提供和发行的一个基于RTW（Real-TimeWorkshop）

体系框架的产品，采用“宿主机（HostPC）—目标机（TargetPC）”的技术途径将两台PC机组

建成一个快速实时系统，系统架构如图1所示[1，2]。该实时系统定时精度达到微秒级，同时

由于其价格便宜，容易实现，所以在半实物仿真领域应用广泛。

图1“双机”模式的xPC目标系统

串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议，大多数计算机包含两个基于RS232的串

口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议，很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口

[3]。在xPC实时系统平台中，利用串口向外高速实时的传递数据非常有用，但现有文献对此

很少介绍。在搭建疲劳试验机试验系统中，需要将疲劳试验机的位置信号和力信号实时输出，

而利用xPC系统平台中对串口通信的支持可方便解决这一问题。

串口通信1建立

串口1.1介绍

RS-232（ANSI/EIA-232标准）是串行连接标准，其通用接口为DB-9针连接头，在简单串

口通讯中可只用其2、3、5针脚，其功能表如表1所示。

串口通信数据编码1.2

在数据传输中，数据有一定的范围，并对数据传输的精度有要求，所以在对数据二进制编

码之前，要计算编码的二进制位数。

假如对任一范围[[a，b]]编码为n位二进制数据，那么编码精度为：[Δ=|b-a|2n-1]。

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如果计算得出的[Δ]不满足条件，则要提高二进制编码的位数。

二进制编码公式为：[Z=（x-a）×（2n-1）（b-a），x∈[a，b]]。

同样可得，二进制解码公式为：[x=Z×（b-a）2n-1+a]。

针对疲劳试验机，需要传递其位移传感器信号和压力信号，位移传感器的范围为[-

100mm，100mm]，压力传感器的范围为[0，10000N]，如将他们编码为15位，则计算得出位

移传感器的数据精度为0.0061mm，压力传感器数据精度为0.3N，完全满足了输出精度要求。

串口通讯数据一般以字节进行传输，每字节共8位，所以位移传感器和压力传感器的数据

分2个字节传输。传感器数据前要加入帧头，帧头的作用是为了串口数据解码时分辨每组数据

的起始位置，保证解码不会出错。位移传感器和压力传感器的编码范围为[0000，7FFF]，所以

帧头取8000。制定通讯协议如表2所示。

由图2程序可以看到，对[-100，100]之间的数a，先转化为对应[0，[215-1]]之间的数X，

然后将X通过ShiftArithmeticl模块转化为2个8位二进制数据，再通过MUX合并。当输入为

100时，输出为7FFF，输入为-100时，输出为0000，从而完成了[a，b]到[0，[215-1]]的编

码。

串口通信1.3模块设定

在Matlab/Simulink/xPCTarget/RS232工具箱中，xPCTarget对串口通讯设置的模块有六

个：EnableTX，FilterIntReason，ReadHWFIFO，ReadIntStatus，Setup，WriteHW

FIFO。

在串口数据发送程序中，需要对BaseboardSerialSetup，WriteHWFIFO进行设置。如图3

所示，通过BaseboardSerialSe