C語言實(shí)現(xiàn)串行通信接口程序

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(jiǎn)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(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)同時(shí)也有它的缺點(diǎn)，即通信速度無法同并行通信相較，事實(shí)上EIARS-232C在標(biāo)準(zhǔn)條件下的最大通信速度僅為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(chǎng)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功能挪用和BIOS功能挪用兩種：DOSINT21H的03h和04h號(hào)功能挪用為異步串行通信的接收和發(fā)送功能；而BIOSINT14H有4組功能挪用為串行通信效勞，但DOS和BIOS功能挪用都需握手信號(hào)，需數(shù)根信號(hào)線連接或彼其間相互短接，最為不便的是二者均為查詢方式，不提供中斷功能，難以實(shí)現(xiàn)高效率的通信程序，為此本文采納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。串行口工作原理微機(jī)串行通信采納EIARS-232C標(biāo)準(zhǔn)，為單向不平穩(wěn)傳輸方式，信號(hào)電平標(biāo)準(zhǔn)土12V，負(fù)邏輯，即邏輯1(MARKING)表示為信號(hào)電平T2V，邏輯0(SPACING)表示為信號(hào)電平+12V，最大傳送距離15米，最大傳送速度波特，其傳送序列如圖1，平常線路維持為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。;圖1@@串行通信的工作相當(dāng)復(fù)雜，一樣采納專用芯片來和諧處置串行數(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)刻，提高程序運(yùn)行效率，IBMPC系列采納8250UART來處置串行通信。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)寄放器，占用7個(gè)端口地址，復(fù)用地址通過讀/寫操作和線路操縱寄放器的第7位來區(qū)分。這10個(gè)寄放器的具體功能如下：COM1(COM2)寄放器端口地址功能DLAB狀態(tài)3F8H(2F8H)發(fā)送寄放器(寫)03F8H(2F8H)接收寄放器(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)中斷許諾寄放器03FAH(2FAH)中斷標(biāo)志寄放器3FBH(2FBH)線路操縱寄放器3FCH(2FCH)MODEM操縱寄放器3FDH(2FDH)線路狀態(tài)寄放器3FEH(2FEH)MODEM狀態(tài)寄放器注：DLAB為線路操縱寄放器第七位在編寫串行通信程序時(shí)，假設(shè)采納低級(jí)方式，只需訪問UART的這10個(gè)寄放器即可，相關(guān)于直接操縱通信的各個(gè)參量是方即靠得住多了。其中MODEM操縱/狀態(tài)寄放器用于調(diào)制解調(diào)器的通信操縱，一樣情形下不太經(jīng)常使用；中斷狀態(tài)/標(biāo)志寄放器用于中斷方式時(shí)的通信操縱，需配合硬件中斷操縱器8259的編程；波特率因子高/低字節(jié)寄放器用于初始化串行口時(shí)通信速度的設(shè)定；線路操縱/狀態(tài)寄放器用于設(shè)置通信參數(shù)，反映當(dāng)前狀態(tài)；發(fā)送/接收寄放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)，其中斷信號(hào)接到中斷操縱器8259，其中COM1接IRQ4(中斷OCH)，COM2接IRQ3(中斷OBH)。用軟件訪問8259的中斷許諾寄放器(地址21H)來設(shè)置或屏蔽串行口的中斷，需專門指出的是，設(shè)置中斷方式串行通信時(shí)，MODEM操縱寄放器的第三位必需置1，現(xiàn)在CPU才能響應(yīng)UART中斷許諾寄放器許可的任何通信中斷。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)搜集例程。其中bioscom()函數(shù)初始化COM1(此函數(shù)實(shí)際挪用BIOSINT14H中斷0號(hào)功能)。如此在程序中就幸免了具體設(shè)置波特率因子等繁瑣工作，只需直接訪問發(fā)送/接收寄放器(3F8H)和線路狀態(tài)寄放器(3FDH)來操縱UART的工作。線路狀態(tài)寄放器的標(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)犯錯(cuò)第4位1=斷路檢測(cè)第5位1=發(fā)送保留寄放器空第6位1=發(fā)送移位寄放器空第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)，現(xiàn)在應(yīng)及時(shí)將之讀出,以避免后續(xù)字符重疊，發(fā)生溢犯錯(cuò)誤，UART有發(fā)送維持寄放器和發(fā)送移位寄放器。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，程序?qū)?shù)據(jù)送入維持寄放器（當(dāng)此寄放器為空時(shí)），UART自動(dòng)等移位寄放器為空時(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)送死令，然后循環(huán)檢測(cè)，等待接收數(shù)據(jù)，當(dāng)超過一按時(shí)刻后視為數(shù)據(jù)串接收完畢。假設(shè)接收到數(shù)據(jù)后返回0，不然返回1。假設(shè)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，那么運(yùn)算機(jī)1秒可發(fā)送/接收的最大數(shù)據(jù)量?jī)H為9600/9=1074字節(jié)，同運(yùn)算機(jī)所具有的高速度是無法相較的，CPU的絕大部份時(shí)刻花費(fèi)在循環(huán)檢測(cè)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，而且能夠看到，在接收一個(gè)長(zhǎng)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(C0M2)和IRQ4(COM1)，對(duì)應(yīng)中斷向量為OBH和OCH,可通過設(shè)置中斷屏蔽寄放器(地址21H)來開放中斷。置1時(shí)屏蔽該中斷，不然開放中斷。硬件中斷例程必需在程序末尾往中畢命令寄放器(地址20H)寫入20H，即MOVAL，20HOUT20H，AL用以將當(dāng)前中斷效勞寄放器清零，幸免中斷重復(fù)響應(yīng)。每路UART有4組中斷，程序可通過中斷許諾寄放器(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)送維持寄放器為空第2位1=接收數(shù)據(jù)犯錯(cuò)第3位1二MODEM狀態(tài)寄放器改變第4?7位為0在中斷例程中檢查UART的中斷標(biāo)志寄放器(3FAH)，確信是哪一組事件申請(qǐng)中斷。該寄放器第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)方法后，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)位方法11接收犯錯(cuò)讀線路狀態(tài)寄放器10接收到數(shù)據(jù)讀接收寄放器01發(fā)送寄放器空輸出字符至發(fā)送寄放器00MODEM狀態(tài)改變讀MODEM狀態(tài)寄放器這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；coml()和com2()為中斷例程，二者均挪用fax2()函數(shù)，fax2()函數(shù)為實(shí)際處置數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的例程。明確了串行口的工作原理，就不難明白得其具體程序。結(jié)論上述程序采納C語言編寫，在BORLANDC++集成環(huán)境中調(diào)試通過，為簡(jiǎn)單起見，只考慮了利用發(fā)送/接收兩條信號(hào)線的情形，并未考慮利用握手信號(hào)線。在實(shí)際應(yīng)用中這兩組程序尚有一些可修改的地方。比如，中斷接收程序中的緩沖區(qū)可改成循環(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，文中不足疏漏的地方尚希行家指正。程序1：staticintreceive_delay=10000;intmay(unsignedpar,char*comm,char*ss){intcs=0,j=0;char*p;bioscom(0,par,0);ntbit);if(!oomnum)setvect(com[comnum].intbit,coml); ntbit,com2);ntbit,old_com[comnum]);for(i=0;i<maxsize;i++)com[comnum].buf[i]=\0;com[comnum].sendcount=com[comnum].recount=com[comnum].bufh=0outportb(com[comnum].portadd+1,0);outportb(com[comnum].portadd+4,0x0);}voidfax2(inti)ortadd+2);do{if(mark&0x4)ufh==maxsize)com[i].bufh=0;com[com[i].buf[com[i].bufh++]=inportb(com[i].portadd);i].recount++;}com[elseif(mark&0x2)ortadd,*com[i]m++);com[i],sendcount++;}elseoutportb(com[i].portadd+1,1);}}while((mark=inport([1].portadd+2))!=1);outportb(ox20,0x20);portadd+4,0x8;outportb(com[comnum].portadd+1,interruptmark);}voidsendcomdata(intcomnum,char*command){unsignedcharinterruptmark;com[comnum],comm=command;com[comnum],send