C語言實(shí)現(xiàn)串行通信接口程序

摘要:本文說明了異步串行通信(RS-232)的工作方式，探討了查詢和中斷兩種軟件接口利弊，并給出兩種方式的C語言源程序的I/O通道之一，以最簡單方式組成的串行雙工線路只需兩條信號(hào)線和一條公共地線，因此串行通信既有線路簡單的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也有它的缺點(diǎn)，即通信速率無法同并行通信相比，實(shí)際上EIARS-232C在標(biāo)準(zhǔn)條件下的最大通信速率僅為20Kb/S。盡管如此，大多數(shù)外設(shè)都提供了串行口接口，尤其在工業(yè)現(xiàn)場RS-232C的應(yīng)用更為常見。IBMPC及兼容機(jī)系列都有RS-232的適配器，操作系統(tǒng)也提供了編程接口，系統(tǒng)接口分為DOS功能調(diào)用和BIOS功能調(diào)用兩種：DOSINT21H的03h和04h號(hào)功能調(diào)用為異步串行通信的接收和發(fā)送功能；而BIOSINT14H有4組功能調(diào)用為串行通信服務(wù)，但DOS和BIOS功能調(diào)用都需握手信號(hào)，需數(shù)根信號(hào)線連接或彼此間互相短接，最為不便的是兩者均為查詢方式，不提供中斷功能，難以實(shí)現(xiàn)高效率的通信程序，為此本文采用直接訪問串行口硬件端口地址的方式，用C語言編寫了串行通信查詢和中斷兩種方式的接口程序。1.串行口工作原理微機(jī)串行通信采用EIARS-232C標(biāo)準(zhǔn)，為單向不平衡傳輸方式，信號(hào)電平標(biāo)準(zhǔn)±12V，負(fù)邏輯，即邏輯1(MARKING)表示為信號(hào)電平-12V，邏輯0(SPACING)表示為信號(hào)電平+12V，最大傳送距離15米，最大傳送速率19.6K波特，其傳送序列如圖1，平時(shí)線路保持為1，傳送數(shù)據(jù)開始時(shí)，先送起始位(0)，然后傳8(或7，6，5)個(gè)數(shù)據(jù)位(0，1)，接著可傳1位奇偶校驗(yàn)位，最后為1～2個(gè)停止位(1)，由此可見，傳送一個(gè)ASCII字符(7位)，加上同步信號(hào)最少需9位數(shù)據(jù)位。@@T8S12300.GIF;圖1@@串行通信的工作相當(dāng)復(fù)雜，一般采用專用芯片來協(xié)調(diào)處理串行數(shù)據(jù)的發(fā)送接收，稱為通用異步發(fā)送/接收器(UART)，以節(jié)省CPU的時(shí)間，提高程序運(yùn)行效率，IBMPC系列采用8250UART來處理串行通信。在BIOS數(shù)據(jù)區(qū)中的頭8個(gè)字節(jié)為4個(gè)UART的端口首地址，但DOS只支持2個(gè)串行口：COM1(基地址0040：0000H)和COM2(基地址0040：0002H)。8250UART共有10個(gè)可編程的單字節(jié)寄存器，占用7個(gè)端口地址，復(fù)用地址通過讀/寫操作和線路控制寄存器的第7位來區(qū)分。這10個(gè)寄存器的具體功能如下：COM1(COM2)寄存器端口地址功能DLAB狀態(tài)3F8H(2F8H)發(fā)送寄存器(寫)03F8H(2F8H)接收寄存器(讀)03F8H(2F8H)波特率因子低字節(jié)13F9H(2F9H)波特率因子高字節(jié)13F9H(2F9H)中斷允許寄存器03FAH(2FAH)中斷標(biāo)志寄存器3FBH(2FBH)線路控制寄存器3FCH(2FCH)MODEM控制寄存器3FDH(2FDH)線路狀態(tài)寄存器3FEH(2FEH)MODEM狀態(tài)寄存器注：DLAB為線路控制寄存器第七位在編寫串行通信程序時(shí)，若采用低級(jí)方式，只需訪問UART的這10個(gè)寄存器即可，相對(duì)于直接控制通信的各個(gè)參量是方便可靠多了。其中MODEM控制/狀態(tài)寄存器用于調(diào)制解調(diào)器的通信控制，一般情況下不太常用；中斷狀態(tài)/標(biāo)志寄存器用于中斷方式時(shí)的通信控制，需配合硬件中斷控制器8259的編程；波特率因子高/低字節(jié)寄存器用于初始化串行口時(shí)通信速率的設(shè)定；線路控制/狀態(tài)寄存器用于設(shè)置通信參數(shù)，反映當(dāng)前狀態(tài)；發(fā)送/接收寄存器通過讀寫操作來區(qū)分，不言而喻用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。UART可向CPU發(fā)出一個(gè)硬件中斷申請(qǐng)，此中斷信號(hào)接到中斷控制器8259，其中COM1接IRQ4(中斷OCH)，COM2接IRQ3(中斷OBH)。用軟件訪問8259的中斷允許寄存器(地址21H)來設(shè)置或屏蔽串行口的中斷，需特別指出的是，設(shè)置中斷方式串行通信時(shí)，MODEM控制寄存器的第三位必須置1，此時(shí)CPU才能響應(yīng)UART中斷允許寄存器許可的任何通信中斷。2.編程原理程序1為查詢通信方式接口程序，為一典型的數(shù)據(jù)采集例程。其中bioscom()函數(shù)初始化COM1(此函數(shù)實(shí)際調(diào)用BIOSINT14H中斷0號(hào)功能)。這樣在程序中就避免了具體設(shè)置波特率因子等繁瑣工作，只需直接訪問發(fā)送/接收寄存器(3F8H)和線路狀態(tài)寄存器(3FDH)來控制UART的工作。線路狀態(tài)寄存器的標(biāo)志內(nèi)容如下：第0位1=收到一字節(jié)數(shù)據(jù)第1位1=所收數(shù)據(jù)溢出第2位1=奇偶校驗(yàn)錯(cuò)第3位1=接收數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)出錯(cuò)第4位1=斷路檢測第5位1=發(fā)送保存寄存器空第6位1=發(fā)送移位寄存器空第7位1=超時(shí)當(dāng)?shù)?位為1時(shí)，標(biāo)志UART已收到一完整字節(jié)，此時(shí)應(yīng)及時(shí)將之讀出，以免后續(xù)字符重疊，發(fā)生溢出錯(cuò)誤，UART有發(fā)送保持寄存器和發(fā)送移位寄存器。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，程序?qū)?shù)據(jù)送入保持寄存器(當(dāng)此寄存器為空時(shí))，UART自動(dòng)等移位寄存器為空時(shí)將之寫入，然后把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行形式發(fā)送出去。本程序先發(fā)送命令，然后循環(huán)檢測，等待接收數(shù)據(jù)，當(dāng)超過一定時(shí)間后視為數(shù)據(jù)串接收完畢。若接收到數(shù)據(jù)后返回0，否則返回1。若以傳送一個(gè)ASCII字符為例，用波特率9600b/s，7個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)起始位，一個(gè)停止位來初始化UART，則計(jì)算機(jī)1秒可發(fā)送/接收的最大數(shù)據(jù)量僅為9600/9=1074字節(jié)，同計(jì)算機(jī)所具有的高速度是無法相比的，CPU的絕大部分時(shí)間耗費(fèi)在循環(huán)檢測標(biāo)志位上。在一個(gè)有大量數(shù)據(jù)串行輸入/輸出的應(yīng)用程序中，這種消耗是無法容忍的，也不是一種高效率通信方式，而且可以看到，在接收一個(gè)長度未知的數(shù)據(jù)串時(shí)，有可能發(fā)生遺漏。程序2是一組中斷方式通信接口程序。微機(jī)有兩條用于串行通信的硬件中斷通道IRQ3(COM2)和IRQ4(COM1)，對(duì)應(yīng)中斷向量為OBH和OCH，可通過設(shè)置中斷屏蔽寄存器(地址21H)來開放中斷。置1時(shí)屏蔽該中斷，否則開放中斷。硬件中斷例程必須在程序末尾往中斷命令寄存器(地址20H)寫入20H，即MOVAL，20HOUT20H，AL用以將當(dāng)前中斷服務(wù)寄存器清零，避免中斷重復(fù)響應(yīng)。每路UART有4組中斷，程序可通過中斷允許寄存器(3F9H)來設(shè)置開放那路中斷。這4組中斷的位標(biāo)志如下：第0位1=接收到數(shù)據(jù)第1位1=發(fā)送保持寄存器為空第2位1=接收數(shù)據(jù)出錯(cuò)第3位1=MODEM狀態(tài)寄存器改變第4～7位為0在中斷例程中檢查UART的中斷標(biāo)志寄存器(3FAH)，確定是哪一組事件申請(qǐng)中斷。該寄存器第0位為0時(shí)表示有中斷申請(qǐng)，響應(yīng)該中斷并采取相應(yīng)措施后，UART自動(dòng)復(fù)位中斷標(biāo)志；第2，1位標(biāo)志中斷類型，其位組合格式如下：代碼中斷類型復(fù)位措施11接收出錯(cuò)讀線路狀態(tài)寄存器10接收到數(shù)據(jù)讀接收寄存器01發(fā)送寄存器空輸出字符至發(fā)送寄存器00MODEM狀態(tài)改變讀MODEM狀態(tài)寄存器這4組中斷的優(yōu)先級(jí)為0號(hào)最低，3號(hào)最高。在本組程序中，函數(shù)setinterrupt()和clearinterrupt()設(shè)置和恢復(fù)串行通信中斷向量；cominit()初始化指定串行口并開放相應(yīng)中斷；sendcomdata()和getcomeomdata()用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)串；com1()和com2()為中斷例程，二者均調(diào)用fax2()函數(shù)，fax2()函數(shù)為實(shí)際處理數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的例程。明確了串行口的工作原理，就不難理解其具體程序。3.結(jié)論上述程序采用C語言編寫，在BORLANDC++2.0集成環(huán)境中調(diào)試通過，為簡單起見，只考慮了使用發(fā)送/接收兩條信號(hào)線的情況，并未考慮使用握手信號(hào)線。在實(shí)際應(yīng)用中這兩組程序尚有一些可修改之處。比如，中斷接收程序中的緩沖區(qū)可改為循環(huán)表，以防數(shù)據(jù)溢出，盡可能保留最新數(shù)據(jù)。由于筆者水平所限，文中不足疏漏之處尚希行家指正。程序1：staticintreceive_delay=10000;intmay(unsignedpar，char*comm，char*ss){intcs=0，j=0;char*p;bioscom(0，par，0);//com1loop:p=comm;inportb(0x3f8);//resetdo{while((inportb(0x3f8+5)&0x20)==0);outportb(0x3f8，*p++);}while(*p);//sendcommandos=0;j=0;do{if((inportb(0x3fd)&0x01)==0)if(os〉receive_delay)break;else{cs++;continue;}ss[j++]=inportb(0x3f8);cs=0;}while(l);ss[j]=\0;if(j)return0;elsereturn1;程序2：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<bios.h>#inolude<dos.h>#definemaxsize4096#defineSEND2#defineRECEIVE1#defineCOM10#defineCOM21staticunsignedcharHardinterrupt=0;structComInterrupt{intportadd;intintbit;charbuf[maxsize]，*comm;intbufh，recount，sendcount;}com[2]={{0x3f8，0x0c，，，0，0，0}，{0x2f8，0x0b，，，0，0，0}};voidstaticinterrupt(*old_com[2])(void);voldinterruptcoml(vold);voidinterruptcom2(void);voidfax2(intcomnum);voidsetinterrupt(intcomnum);voidclearinterrupt(intcomnum);voidcominit(intcomnum，intpara，intinterruptmark);voidsendcomdata(intcomnum，char*command);intgetcomdata(intcomnum，char*buf);voidinterruptcom1(void){fax2(0);}voidinterruptcom2(void){fax2(1);}//setcominterrupt，comnum0=com1，1=com2voidsetinterrupt(intcomnum){old_com[comnum]=getvect(com[comnum].intbit);if(!oomnum)setvect(com[comnum].intbit，coml);//com1elsesetvect(com[comnum].intbit，com2);//com2//sethardintHardinterrupt=inportb(0x21);if(comnum)outportb(0x21，Hardinterrupt&0xf7);//com2，0elseoutportb(0x21，Hardinterrupt&0xef);//com10，}voidclearinterrupt(intcomnum){if(comnum)outportb(0x21，Hardinterrupt|0x08);//COM2elseoutportb(0x21，Hardinterrupt|0x10);//COM1setvect(com[comnum].intbit，old_com[comnum]);for(i=0;i<maxsize;i++)com[comnum].buf[i]=\0;com[comnum].sendcount=com[comnum].recount=com[comnum].bufh=0;outportb(com[comnum].portadd+1，0);outportb(com[comnum].portadd+4，0x0);}voidfax2(inti)//i=o，com1;i=1，com2{unsignedcharmark;mark=inport(com[i].portadd+2);do{if(mark&0x4)//receivedata{if(com[i].bufh==maxsize)com[i].bufh=0;com[i].buf[com[i].bufh++]=inportb(com[i].portadd);com[i].recount++;}elseif(mark&0x2)//sendcommand{if(*com[i].comm)outportb(com[i].portadd，*com[i].comm++);com[i]，sendcount++;}elseoutportb(com[i].portadd+1，1);}}while((mark=inport([1].portadd+2))!=1);outportb(ox20，0x20);//hardintreturn}//interruptmark1=reoeive，2=send，3=rec&sendvoidcomint(intcom，charpara，intinterruptmark