串行通信协议的研究及应用

４ 批量复制或修改程序
应用ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００ ｓｅｒｖｅｒ局域网登录脚本技术，不但可以 从服务端快速拷贝一组文件到１００个客户端指定的文件夹中， 而且在同一个时间里可以统一修改１００个客户端上某个文件 或程序，其中服务端中已经修改好的文件的目录必须与客户端 上所要安装的应用程序的目录相同，只需将拷贝的文件拷贝至 每个客户端Ｄ盘的ｉｎｓｔａｌｌ文件夹。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｇｉｖｉｎｇ ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃ砒ｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｐｒｏｔｏｃ０１．Ｓｅｖｅｒａｌ ｅｘａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
录数据，其中包括智能设备表、协议标志表、历史通信数据记录
表等，与协议表相关的表必须包含主控机协议及智能设备协议
两个字段。采用ＶＢ ６．Ｏ环境来完成此软件，所用的主要控件
包括数据控件、Ｍｓｃｏｍ∞２．ｏｃｘ、Ｔｉｍｅｒ等。为了灵活工作，模拟

各种智能设备，需要设计一“协议生成器”。对于图２所示的
读协议，协议生成器的功能为：首先选择智能设备（由此确定
接收到达的字节
螽森疹 菊、还争有Ｙ数而气据丽？≥广—二 螽蠢萨 还有数据？＞—旦
、了—老
接收结束，处理数据 图ｌ数据接收算法 为方便行文，将与计算机（主控机）串口相连的模块或系
统统称为智能设备（有时包括工控机本身）。’串行通信的协议 一般可分为两类，即读和写。读协议为读取智能设备的数据， 写协议为设置智能设备参数或发送控制命令，读协议要求有响 应，写协议可以没有响应。读／写协议描述如图２所示（关于 响应协议略）。常见的校验码有异或、累加和、ｃＲｃ等。
２ 串行通信难点及协议
串行通信是半双工形式，通过串口发送数据相对简单，在 时间上可以随意控制。如果使用微软提供的通信控件 Ｍｓｃｏｍｍ３２．ｏｃｘ，只要直接给０ｕｔｐｕｔ属性赋值即可；使用Ｔｕｒｂｏ ｃ ２．Ｏ语言或汇编语言，也只要在一个循环之内向串口的数据 端口写数据即可。但是，接收数据则比较麻烦，因为中断接收 时，数据常常不流畅均匀，其中存在空白间隔，给数据处理带来 困难。大部分监控模块都有串口初始化函数、数据发送和接收 函数，如果直接使用数据接收函数来接收数据，则由于以上问
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计算机应用研究
２００４年
串行通信协议的研究及应用
马玉春，宋瀚涛
（北京理工大学计算机系，北京１０００８１）
摘要：综合串口设备的特点及应用背景，提出一套通用的计算机串行通信软件设计方案，包括难点解决及算
法与协议，并给出了若干应用实例。
关键词：串口；通信；监控；算法；协议
中图法分类号：哪１１．５２
型圃ｌ ｆ她］卜厘ｒｃ｝ 单机仿真开发模型如图８所示。
｛｝Ｌ岳Ｅ删畜：；ｏｃ面ｏＭ２；ｔ一一吨！二；圜：；÷机；剖ｊ：
图７ 测试主控机 ４．５截取通信协议
图８ 单机仿真开发模型
现假设某公司生产一智能设备，与该设备配套的测试软件 运行于测试机上，现欲截取测试机与智能设备之间的通信协 议。软件运行于侦听机上（图９），在这里，侦听机充当二传手 的作用，首先通过ｃ０Ｍｌ口截取测试机发来的（下转第２３２页）
收稿日期：２００２—１２·１０修返日期：２００３—１２—２６
万方数据
题，常常接收到残缺的数据，使工作无法完成，尽管逻辑上没有 任何错误。在具体实现上，应该在接收到第一批数据时，开始 等待Ｔ时间片，将第一批数据与随后的第二批数据相加，如此 循环，直到新的Ｔ时间片结束而无数据到达，再跳出循环。至 于Ｔ时间片大小的选取，应该根据具体的模块或设备来调整， 直到性能可靠为止，此时的时间片即为所需要的Ｔ。数据接收 算法如图ｌ所示。
图２通信协议示例
３ 通用软件设计
目标为设计一个通用串行通信软件，使运行该软件的计算 机（在图示中用带阴影的文本框表示）作为主控机可以自动地 测试智能设备，也可作为智能设备用来自动地测试主控机上的
第４期
马玉春等：串行通信协议的研究及应用
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监控软件，至于临时发送数据以代替主控机或智能设备，则是
协议标志），设置地址范围（即动态数据），则软件在此范围内
自动生成地址，然后计算校验码，有的智能设备还需要追加协
议结束标志，如调制解调器的ＡＴ命令就需要以回车符结束方
才有效。协议生成器构造如图３所示。
一一ｒ［圃巫垂委ｑ一一 Ｉ智能设备表Ｈ
广１生成有效协议【
叫动态数据范围Ｈ
图３协议生成器
软件的总流程为：设置串口参数，选择智能设备，设置协议
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计算机应用研究
２００４年
称（如Ｄｏｍａｉｎ－３），另外ＴＣＰ／ＩＰ属性设定为自动获取ＤＨＣＰ服 务器分配的地址，最后必须以预先配置好的登录脚本文件的用 户身份登录到主服务器的ｗｉｎｋｓｇｍｕｐ组下的用户（如ｋ０１一 ｋ１００）中去，才能进行应用软件的远程安装。 ３．７客户端应用软件的安装
·自动与手动是针对主控机而言。自动方式需要设置定 时器，定时向智能设备发送读协议；对于手动方式，则是通过发 送按钮来发送数据，从而等待智能设备的响应并显示之。
４ 软件的应用
４．１发送手机短消息 手机短消息协议如图５所示。将软件设置成主控机手动
状态，选择手机设备，如果想发送“０Ｋ！”，只要在单行字符文本 框中直接输入“０Ｋ！”，并点击“发送”按钮，则软件自动填充其 他数据，并计算ＢｃＳ校验码，然后将数据发出。此协议是手机
』ＤＬＥ
ｓＴｘ Ｍｅｓｓ８９ｅ ｃｏｎ￡ｅｎｔ ＤＬＥ』 ＥＴｘ』Ｂｃｓ
Ｂｃｓ
１０Ｈ｜０２Ｈ
１０Ｈ
０３Ｈ
ＭｓＢ
ＬｓＢ
图５手机短消息协议
４．２通过Ｍｏｄｅｍ进行远程测试
将软件设置成主控机手动状态，选择Ｍｏｄｅｍ设备，在单行 字符文本框中输入电话号码（如０２５—１２３４５６７），点击“发送” 按钮，则软件自动发送ＡＴ命令“ＡＴＤｒＩＵ２５—１２３４５６７；”＋回车 符，完成与远程设备的连接。然后即可根据需要采用主控机或 智能设备方式，自动或手动方式进行测试（ＡＴ命令中的“；”表 示拨通对方后保持连接状态）。对Ｍｏｄｅｍ进行合适的设置，可 以使其自动摘机。
短消息协议之 万一，方所数采据用的模块来自西门子公司。
ｌ！！！堑ｌ！！ｉ垫ｊ ！！
！ｌ
正确率＝９９．９５％ 所用时间＝２２：３５：１９
４．４模拟智能设备测试主控机软件性能
将软件设置成智能设备动态响应状态，充当智能设备角 色，自动应答主控机的查询命令。如图７所示，当收到主控机 协议并在协议库中找到匹配的协议时，动态生成智能设备的协 议进行响应。这种功能可用来配合开发或调试主控机程序，特 别地，当智能设备比较昂贵且数量较少，或体积庞大不便运输 时，采用此方式可以并行异地开发和调试针对智能设备的监控 程序，既节省成本，也可极大地提高工作效率。作为一种特例， 可用一台Ｐｃ机进行模拟开发和调试，智能设备挂在ｃ０Ｍ２ 口，开发或调试的软件挂于ｃ０Ｍ１口，ｃ０Ｍ１和ｃ０Ｍ２对接。
生成方式及动态数据范围，设置主控机或智能设备工作方式。
如果是主控机，还需要设置定时器，以及是否记录智能设备响
应的协议；如果是智能设备，应选择静态响应或动态响应方式。
主程序流程图如图４所示。
一 ｒ——一——ｒ…——… ——ｒ一———Ｕ—Ａ—ｌ—Ａｉ—一——…—～一］————一—厂＋——一—ＢＯ厂Ｓ一 —一 —＿—＋］
≤爹墼产３ 的次数。详细的测试分析可以借助错误记录进行。
、—————一—————一 Ｉ协议库ｌ 【错误记录ｊ： 图６测试智能设备 表ｌ智能设备数据性能报告
图４主程序流程图 、 ·主控机与智能设备方式。充当主控机时，可以定时向
智能设备发送读协议；充当智能设备时，用来响应主控机，其响 应协议有静态和动态两种生成方式。静态方式时，接收到主控 机的协议，查找协议表，如果能匹配主控机协议，则将该条记录 的智能设备协议发出（先让该软件以主控机方式工作，与实际 的智能设备相连，从而记录下智能设备的响应协议，可参考下 文的“截取通信协议”部分）；在动态方式下，找到匹配的主控 机协议时，响应协议利用协议生成器动态生成。
启动客户端计算机，以预先设定的ｗｉｎｋｓｇｒｏｕｐ组下的用户 名（如ｋ０１～ｋ１００）有序地登录到ＩＢＭ－１主服务器中，用户登录 后便开始执行登录脚本，进入安装过程。实验证明：对小型应 用软件的安装，一次可同时开启４０台左右的客户端进行同步 远程安装，安装速度快，效果好；而对容量大的应用软件如ＭＳ— ＤＮ等软件，按照现有局域网设备传输率及交换网络阻塞概率 理论口Ｊ，一般以６～８个客户端为一组最佳，进行分组分批安 装，效果较好。
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—３６９５（２００４）０４－０２２８—０２
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
ＭＡ Ｙｕ—ｃｈｕｎ．ＳＯＮＧ Ｈａｎ－ｔａｏ
（却ｔ矿ｃｏｍｐ以∥，＆洳曙，邶ｆ矗Ⅱ把矿‰＾Ｍ坳，眈咖１９ １０００８１，ｍ机口）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｓｅｒｉａｌ Ｐｏｒｔ； Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ； Ｍｏｎｉｔｏｒ； Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；Ｐｒｏｔｏｃｏｌ
１ 引言
串行接口一般包括Ｒｓ－２３２／４２２／４８５，其技术简单成熟、性 能可靠、价格低廉，所要求的软硬件环境或条件都很低，广泛应 用于计算机及相关领域，遍及调制解调器、串行打印机、各种监 控模块、ＰＬＣ、摄像头云台、数控机床、单片机及相关智能设备， 甚至路由器也不例外（通过串口设置参数）。在计算机监控系 统中，主控机一般采用工控机，通过串口与监控模块相连，监控 模块再连接相应的传感器和执行器，如此形成一个简单的双层 结构的计算机监控系统。这种结构主要用于单独的中小型企 业或部门，如果属于综合型企业或部门，如电力系统监控、高速 公路监控和收费系统，则可以此为基础结构进行扩充，用集线 器将众多双层监控系统连接起来，再用交换机将若干集线器连 接起来，统一接上路由器，从而跟Ｉｎｔｅｍｅｔ互连（当然，软件结 构也得调整），如此即可形成一个庞大的计算机监控网络。由 此可见，尽管现代计算机的新接口层出不穷，各种网络也日新 月异，其规模也越来越大，但是，其基础结构却有不少是串行通 信系统，串行通信也成了其中的核心技术。