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EIA RS-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。IBM PC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：DOS INT 21H的03h和04h號功能調(diào)用為異步串行通信的接收和發(fā)送功能；而BIOS INT 14H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，需數(shù)根信號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EIA RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，為單向不平衡傳輸方式，信號電平標(biāo)準(zhǔn)±12V，負(fù)邏輯，即邏輯1(MARKING)表示為信號電平-12V，邏輯0(SPACING)表示為信號電平+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，平時線路保持為1，傳送數(shù)據(jù)開始時，先送起始位(0)，然后傳8(或7，6，5)個數(shù)據(jù)位(0，1)，接著可傳1位奇偶校驗(yàn)位，最后為1～2個停止位(1)，由此可見，傳送一個ASCII字符(7位)，加上同步信號最少需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的時間，提高程序運(yùn)行效率，IBM PC系列采用8250 UART來處理串行通信。 在BIOS數(shù)據(jù)區(qū)中的頭8個字節(jié)為4個UART的端口首地址，但DOS只支持2個串行口：COM1(基地址0040：0000H)和COM2(基地址0040：0002H)。8250 UART共有10個可編程的單字節(jié)寄存器，占用7個端口地址，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) 0 3F8H(2F8H) 接收寄存器(讀) 0 3F8H(2F8H) 波特率因子低字節(jié) 1 3F9H(2F9H) 波特率因子高字節(jié) 1 3F9H(2F9H) 中斷允許寄存器 0 3FAH(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，若采用低級方式，只需訪問UART的這10個寄存器即可，相對于直接控制通信的各個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)出一個硬件中斷申請，此中斷信號接到中斷控制器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，MODEM控制寄存器的第三位必須置1，此時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BIOS INT 14H中斷0號功能)。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 第3位 1=接收數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)出錯 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 當(dāng)?shù)?位為1時，標(biāo)志UART已收到一完整字節(jié)，此時應(yīng)及時將之讀出，以免后續(xù)字符重疊，發(fā)生溢出錯誤，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，程序?qū)?shù)據(jù)送入保持寄存器(當(dāng)此寄存器為空時)，UART自動等移位寄存器為空時將之寫入，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ASCII字符為例，用波特率9600 b/s，7個數(shù)據(jù)位，一個起始位，一個停止位來初始化UART，則計算機(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)，同計算機(jī)所具有的高速度是無法相比的，CPU的絕大局部時間耗費(fèi)在循環(huán)檢測標(biāo)志位上。在一個有大量數(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，在接收一個長度未知的數(shù)據(jù)串時，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 MOV AL， 20H OUT 20H， 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 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中斷。該寄存器第0位為0時表示有中斷申請，響應(yīng)該中斷并采取相應(yīng)措施后，UART自動復(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)先級為0號最低，3號最高。 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BORLAND C++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/接收兩條信號線的情況，并未考慮使用握手信號線。 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，文中缺乏疏漏之處尚希行家指正。 程序1： static int receive_delay=10000; int may(unsigned par，char *comm，char *ss) {int cs=0，j=0; char *p; bioscom(0，par，0); //com1 loop:p=comm; inportb(0x3f8); //reset do{ while((inportb(0x3f8+5)0x20)==0); outportb(0x3f8，*p++); }while(*p); //send command os=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]=; if(j) return 0; else return 1; 程序2： #include stdio.h #include stdlib.h #include string.h #include bios.h #inolude dos.h #define maxsize 4096 #define SEND 2 #define RECEIVE 1 #define COM1 0 #define COM2 1 static unsigned char Hardinterrupt=0; struct ComInterrupt {int portadd; int intbit; char buf[maxsize]，*comm; int bufh，recount，sendcount; }com[2]={{0x3f8，0x0c，，，0，0，0}， {0x2f8，0x0b，，，0，0，0} }; void static interrupt (*old_com[2])(void); vold interrupt coml(vold); void interrupt com2(void); void fax2(int comnum); void setinterrupt(int comnum); void clearinterrupt(int comnum); void cominit(int comnum， int para， int interruptmark); void sendcomdata (int comnum，char *command); int getcomdata (int comnum， char *buf); void interrupt com1(void) {fax2(0);} void interrupt com2(void) {fax2(1);} // set cominterrupt， comnum 0=com1， 1=com2 void setinterrupt (int comnum) { old_com[comnum]=getvect(com[comnum].intbit); if (!oomnum) setvect(com[comnum].intbit，coml); //com1 else setvect(com[comnum].intbit，com2); //com2 //set hard int Hardinterrupt = inportb(0x21); if(comnum) outportb(0x21，Hardinterrupt0xf7); //com2 ，0 else outportb(0x21，Hardinterrupt0xef); //com1 0， } void clear interrupt(int comnum) { if(comnum) outportb(0x21，Hardinterrupt | 0x08); //COM2 else outportb(0x21，Hardinterrupt|0x10); //COM1 setvect(com[comnum].intbit，old_com[comnum]); for( i=0;imaxsize;i++) com[comnum].buf=; com[comnum].sendcount=com[comnum].recount=com[comnum].bufh=0; outportb(com[comnum].portadd+1，0); outportb(com[comnum].por tadd+4，0x0); } void fax2(int i)//i=o，com1; i=1， com2 { unsigned char mark; mark=inport(com.portadd+2); do { if(mark0x4)// receive data { if (com.bufh==maxsize) com.bufh=0; com.buf[com.bufh++]=inportb(com.portadd); com[ i].recount++;} else if(mark0x2)// send command { if(*com.comm) outportb(com.p ortadd，*com.comm++); com，sendcount++;} else outportb(com.portadd+1，1); } }while ((mark=inport([1]. portadd+2))!=1); outportb(ox20，0x20); //hard int return } // interruptmark 1= reoeive， 2=send， 3=recsend void comint(int com， char para， int interruptmark) { bioscom(0， par， com); //open com interrupt outportbv (com[comnum]. portadd+4，0x8; outportb (com[comnum].portadd+1，interruptmark); } void sendcomdata(int comnum，char * command) { unsigned char interruptmark; com[comnum]，comm=command; com[comnum]，sendcount=0; //set send interrupt interruptmark=inportb (com[comnum].portadd_1); outportb (com[comnum].portadd+1.(interruptmark|2)); } //get com_receivedate and clear com_receivebuf， int getcomdata (int comnum， char * buf) { int result=com[comnum]. recount，i: if(buf) strncpy(buf，com[comnum].buf，com [comnum].bufh); buf[com[comnum].bufh]=; com[comnum].recount=com [comnum].bufh=0; retun(result); }轉(zhuǎn)貼于 中國論文下載中心 http://paper.studa.comC語言實(shí)現(xiàn)串行通信接口程序 | 責(zé)任編輯：蟲子 |