課程設(shè)計(jì)(實(shí)訓(xùn))報(bào)告書

PAGEPAGE1九江學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院《嵌入式應(yīng)用開發(fā)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目：多路復(fù)用串口通信程序設(shè)計(jì)專業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 班級：B1012 姓名：祝木賢學(xué)號：17同組人員：無 指導(dǎo)老師：袁斯昊 設(shè)計(jì)時間：2012年10月29日~2012年11月02日目錄1.實(shí)訓(xùn)計(jì)劃 12.問題描述 13.問題分析 14.業(yè)務(wù)邏輯 25.程序模塊設(shè)計(jì) 36.技術(shù)原理與分析 47.系統(tǒng)測試 58.心得體會 69.參考文獻(xiàn) 71.實(shí)訓(xùn)計(jì)劃2012.10.29~2012.10.29選擇實(shí)驗(yàn)任務(wù)，明確項(xiàng)目需求，查閱參考書籍2012.10.30~2012.10.30業(yè)務(wù)邏輯的分析和確定2012.10.31~2012.11.1項(xiàng)目分析和代碼實(shí)現(xiàn)2012.11.2~2012.11.2項(xiàng)目演示、驗(yàn)收、評分2.問題描述在Linux環(huán)境下，通過編寫多路復(fù)用式串口讀寫程序，實(shí)現(xiàn)兩臺機(jī)器（宿主機(jī)和目標(biāo)版）之間的串口通信，而且每臺機(jī)器均可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 3.問題分析3.1可行性分析本系統(tǒng)主要目的是實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的近距離串行通信，采用的宿主機(jī)是IntelX86架構(gòu)的RedHatLinux9環(huán)境PC機(jī)，而目標(biāo)機(jī)是ARM架構(gòu)的開發(fā)板MagicARM2410。本系統(tǒng)中目標(biāo)機(jī)開發(fā)板的內(nèi)核采用的是三星的S3C2410，該開發(fā)板采用核心板加底板的模式．核心板接口采用DIMM200標(biāo)準(zhǔn)連接器．工作非?？煽?，可穩(wěn)定運(yùn)行在203MHz的時鐘頻率下。串口線采用常用的RS232C型接口模式，能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與開發(fā)板間的數(shù)據(jù)傳輸與控制。3.1系統(tǒng)需求本系統(tǒng)采用Linux的minicom來控制開發(fā)板，不使用WINDOWS的超級終端。這樣才能實(shí)現(xiàn)Linux系統(tǒng)與開發(fā)板的數(shù)據(jù)傳輸和控制。Minicom控制的開發(fā)板和Linux終端同時運(yùn)行各自程序通過串口分別向PC端，目標(biāo)板傳送信息，如下圖所示：PC端向開發(fā)板發(fā)送信息（圖1）通過Minicom控制開發(fā)板向宿主機(jī)發(fā)送信息（圖2）這樣，我們就實(shí)現(xiàn)了兩臺機(jī)器之間的多路復(fù)用式串口操作，每臺機(jī)器均可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。4.業(yè)務(wù)邏輯此系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)兩臺機(jī)器，即PC端和開發(fā)板之間的串口通信。PC機(jī)和開發(fā)板同時運(yùn)行程序，PC端監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)輸入上的數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)則寫入到串口，使目標(biāo)板讀取。同時監(jiān)視串口設(shè)備上的輸入，如果有則將數(shù)據(jù)寫入到普通文件中。開發(fā)板和PC端一樣，監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)輸入上的數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)則寫入到串口，使PC端讀取。同時監(jiān)視串口設(shè)備上的輸入，如果有則將數(shù)據(jù)寫入到普通文件中。 以下是圖示：PC端業(yè)務(wù)流程（圖3）開發(fā)板端業(yè)務(wù)流程（圖4）5.程序模塊設(shè)計(jì)串口通信軟件的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)成功運(yùn)行的關(guān)鍵。C語言在結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢．更利于程序移植和擴(kuò)展。因此本系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行程序的編寫。PC端和開發(fā)板采用相同的程序，因此兩臺機(jī)器的程序使用相同的流程圖。整個程序首先打開串口設(shè)備文件并進(jìn)行相關(guān)配置。調(diào)用select()函數(shù)，使它等待從標(biāo)準(zhǔn)輸入（終端）文件中的輸入以及從串口設(shè)備的輸入。如果有標(biāo)準(zhǔn)輸入上的數(shù)據(jù)，則寫入到串口，使對方讀取。如果有串口設(shè)備上的輸入，則將數(shù)據(jù)寫入到普通文件中。程序的流程圖如下：6.技術(shù)原理與分析總的來說，I/O處理的模型有5種。阻塞I/O模型：在這種模型下，若所調(diào)用的I/O函數(shù)沒有完成相關(guān)的功能，則會使進(jìn)程掛起，直到相關(guān)數(shù)據(jù)到達(dá)才會返回。如常見對管道設(shè)備、終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行讀寫時經(jīng)常會出現(xiàn)這種情況。非阻塞模型：在這種模型下，當(dāng)請求的I/O操作不能完成時，則不讓進(jìn)程睡眠，而且立即返回。非阻塞I/O使用戶可以調(diào)用不會阻塞的I/O操作，如open()、write()和read()。如果該操作不能完成，則會立即返回出錯（例如：打不開文件）或者返回0（例如：在緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)可以讀取或者沒空間可以寫入數(shù)據(jù)）。I/O多路轉(zhuǎn)接模型：在這種模型下，如果請求的I/O操作阻塞，且它不是真正阻塞I/O，而是讓其中的一個函數(shù)等待，在這期間，I/O還能進(jìn)行其他操作。如本小節(jié)要介紹的select()和poll函數(shù)()，就是屬于這種模型。信號驅(qū)動I/O模型：在這種模型下，進(jìn)程要定義一個信號處理程序，系統(tǒng)可以自動捕獲特定信號的到來，從而啟動I/O。這是由內(nèi)核通知用戶何時可以啟動一個I/O操作決定的。它是非阻塞的。當(dāng)有就緒的數(shù)據(jù)時，內(nèi)核就向該進(jìn)程發(fā)送SIGIO信號。無論我們?nèi)绾翁幚鞸IGIO信號，這種模型的好處是當(dāng)?shù)却龜?shù)據(jù)到達(dá)時，可以不阻塞。主程序繼續(xù)執(zhí)行，只有收到SIGIO信號時才去處理數(shù)據(jù)即可。異步I/O模型：在這種模型下，進(jìn)程先讓內(nèi)核啟動I/O操作，并在整個操作完成后通知該進(jìn)程。這種模型與信號驅(qū)動模型的主要區(qū)別在于：信號驅(qū)動I/O是有內(nèi)核通知我們何時可以啟動一個I/O操作，而異步I/O模型是由內(nèi)核通知進(jìn)程I/O操作何時完成?，F(xiàn)在，并不是所有的系統(tǒng)都支持這種模型。select()和poll()的I/O多路轉(zhuǎn)接模型是處理I/O復(fù)用的一個高效的方法。它可以具體設(shè)置程序中每一個所關(guān)心的文件描述符的條件、希望等待的時間等，從select()和poll()函數(shù)返回時，內(nèi)核會通知用戶已準(zhǔn)備好的文件描述符的數(shù)量、已準(zhǔn)備好的條件（或事件）等。通過使用select()和poll()函數(shù)的返回結(jié)果（可能是檢測到某個文件描述符的注冊事件、或是超時、或是調(diào)用出錯），就可以調(diào)用相應(yīng)的I/O處理函數(shù)了。一般來說，在每次使用select()函數(shù)之前，首先使用FD_ZERO()和FD_SET()來初始化文件描述符集（在需要重復(fù)調(diào)用select()函數(shù)的時候，先把一次初始化好的文件描述符集備份下來，每次讀取它即可）。在select()函數(shù)返回之后，可循環(huán)使用FD_ISSET()來測試描述符集，在執(zhí)行完對相關(guān)文件描述符的操作之后，使用FD_CLR()來清除描述符集。當(dāng)使用select()函數(shù)時，存在一系列的問題，例如：內(nèi)核必須檢查多余的文件描述符，每次調(diào)用select()之后必須重置被監(jiān)聽的文件描述符集，而且可監(jiān)聽的文件個數(shù)受限制等。串口是計(jì)算機(jī)一種常用的接口，常用的串口有RS-232-C接口。它是于1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)，它的全稱是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點(diǎn)對點(diǎn)（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動器負(fù)載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。在對串口進(jìn)行打開和讀寫操作之前，必須進(jìn)行串口的相關(guān)屬性設(shè)置。例如波特率，起始位比特?cái)?shù)，數(shù)據(jù)位比特?cái)?shù)，和流控制模式設(shè)置等。串口的打開用open函數(shù)。電腦主板上的串口，進(jìn)行串行傳輸?shù)慕涌?，它一次只能傳?Bit。使用文件操作read函數(shù)讀取，如果設(shè)置為原始模式(RawMode)傳輸數(shù)據(jù)，那么read函數(shù)返回的字符數(shù)是實(shí)際串口收到的字符數(shù)。使用write函數(shù)寫入，如果設(shè)置為原始模式(RawMode)傳輸數(shù)據(jù)，那么write函數(shù)返回的字符數(shù)是寫入成功的字符數(shù)。可以使用操作文件的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)異步讀取，使用select函數(shù)實(shí)現(xiàn)多道復(fù)用等操作。7.系統(tǒng)測試宿主機(jī)（PC端）上的運(yùn)行結(jié)果如下：宿主機(jī)（PC端）上/root/zhumuxian/目錄下的sel_name.txt文件內(nèi)容：這個結(jié)果有些錯誤，提示輸入的語句不應(yīng)該寫入文件中的。目標(biāo)板上的運(yùn)行結(jié)果如下：運(yùn)行結(jié)果出現(xiàn)異常，每次輸入一個字符就自動出現(xiàn)輸入提示語句。本來是輸完整個字符串，回車之后才出現(xiàn)提示語句。目標(biāo)板上/root/zhumuxian/目錄下的sel_name.txt文件內(nèi)容：結(jié)果也出現(xiàn)異常，有些字符丟掉了。為了驗(yàn)證目標(biāo)板收到了信息，將目標(biāo)板的程序換成com_reader.c，運(yùn)行結(jié)果如下：結(jié)果表明目標(biāo)板還是接收到了宿主機(jī)發(fā)送的信息，并回送到Minicom上。8.心得體會這次嵌入式應(yīng)用開發(fā)課程設(shè)計(jì)確確實(shí)實(shí)讓我學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西，加深了我對多路復(fù)用函數(shù)用法的理解，對嵌入式的開發(fā)也有了一定的了解。設(shè)計(jì)過程中也遇到很多問題，但通過翻閱圖書資料，與老師交流，與同學(xué)溝通學(xué)習(xí)，最終都迎刃而解。不過由于自己能力有限，當(dāng)中的缺點(diǎn)還是無可非議的存在著。以下是我這次課程設(shè)計(jì)需要注意的地方和不足：不能用WINDOWS的超級終端控制開發(fā)板，因?yàn)檫@樣WINDOWS就會占用這個串口，造成Linux不能和開發(fā)板之間進(jìn)行通信，因而要使用Linux的Minicom來控制開發(fā)板。代碼的編寫中，由于‘uart_api.h’頭文件沒給出，因此要刪掉，自己在加上沒有定義的宏，和函數(shù)。PC端將輸入提示語句“Inputsomewords(enter'quit'toexit):”寫到了接收對方串口信息的sel_name.txt文件中，目標(biāo)板每輸入一個就自動出現(xiàn)輸入提示語句，且接收宿主機(jī)信息會丟失，不會全部寫進(jìn)sel_name.txt文件里。對于第三點(diǎn)的問題，我猜測造成的原因是Minicom控制開發(fā)板也要用串口，Linux通信也要用同一串口，因此造成了沖突，導(dǎo)致結(jié)果出錯。解決的方法：宿主機(jī)和目標(biāo)板分別用兩個串口，一個用于控制，一個通信，應(yīng)該可以解決這個問題。同時非常感謝指導(dǎo)老師袁斯昊老師對我設(shè)計(jì)的悉心指導(dǎo)，在整個課程設(shè)計(jì)的過程給予我真誠的鼓勵、中肯的建議和指導(dǎo)。在此期間，我還得到了很多同學(xué)的幫助，在此一并向他們表示感謝。9.參