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基于Lua脚本语言的嵌入式UART通信方

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来源: 作者: 2018-10-29 10:25:11

基于Lua脚本语言的嵌入式UART通信方案设计

导读:

针对变电站中采用UART串口通信规约进行信息传递的各种外围设备,在需要与其进行通信的IED智能装置的开发中,设计了一种基于Lua脚本语言的嵌入式通信方案。

引言  随着变电站智能化程度的逐步提高,对温度、湿度等现场状态参量的采集需求也越来越多。就目前而言,在现场应用中,此类设备多采用RS232或RS485等UART串行通信方式和IED(Intelligent Electronic Device,智能电子设备)装置进行交互。一般来说,不同的设备采用的通信数据帧格式并不相同。各式各样的串口数据帧格式,对IED装置的软件定型造成一定的困难。传统的做法一般是由装置生产厂家指定和其配套的外围设备,装置的灵活性不够理想。本文针对此类问题,提出了一种基于Lua脚本语言的解决方案,可有效地提高IED装置对各种类型串口数据报文帧格式的适应性。该方案将具体串口报文规约的组建和解析交给Lua脚本进行处理,从而使设计者在装置的软件开发中,可仅关注于相关接口的设计,而不用关心具体的串口通信规约,从而方便软件的定型,并提高了装置自身在应用中的灵活性。  1 Lua脚本语言介绍  Lua是一种源码开放的、免费的、轻量级的嵌入式脚本语言,源码完全采用ANSI(ISO) C.这一点使它非常适合融入目前以C语言为主的嵌入式开发环境之中。两者之间实现交互的关键在于一个虚拟的栈,通过该虚拟栈和Lua提供的可对该栈进行操作的相关接口函数,可以很方便地在它们之间实现各种类型数据的传递。  与其他脚本语言(如Perl、Tcl、Python等)相比,Lua表现出了足够的简单性以及非常高的执行效率,结合其与平台的高度无关以及充分的可扩展性[1],这使得它越来越多地得到大家的关注。因此,在本文的方案中优先选用Lua脚本来进行设计。  2 系统方案概述  本方案主要是围绕着IED装置和外围串口设备之间的通信来进行设计的,系统框架如图1所示。图1 系统框架  当IED装置开始运行时,将创建一个用于UART通信的读写调度任务。在该任务中,首先通过Lua提供的接口函数来启动其脚本引擎,并创建Lua虚拟机。然后即可将用户编写的C函数注册到Lua虚拟机中去,并将存在于Flash文件系统中独立于装置C程序的Lua脚本文件加载到虚拟机中,从而建立起Lua和C的交互环境。在系统应用中,将需要发送到外围设备的具体数据内容都放在Lua脚本文件中。当装置C程序需要发送数据时,通过通信读写调度程序及虚拟机的配合,将这部分数据取出,并调用串口驱动程序发送给外围设备。当收到外围设备发给IED装置的报文时,再将相应数据传给虚拟机中运行的脚本程序进行处理,并由Lua根据数据处理结果来调用已注册的C函数进行相关业务处理。图2 系统程序流程  本系统的程序流程如图2所示。  其中,串口通信芯片采用TI公司的带64字节FIFO的4通道可编程UART芯片TL16C754B来实现。它的4个通道可分别独立编程,在3.3 V的操作电压下,数据传输速率可高达2 Mbps,适合多种UART通信环境中的应用[2]。基于装置的应用环境,本文采用RS485的问答机制并结合查询方式来对该串口通信方案进行设计。在方案实现中,装置将每隔一定时间通过串口芯片发送一次查询报文,当查询到外围设备发送的正确响应报文后,再进行相关业务处理。  3 功能实现  在嵌入式应用领域,串口通信的应用比较成熟,因此,本文将着重介绍Lua是如何服务于这一应用的。从图2可以看出,Lua的使用主要体现在如下几个方面:  ◆ Lua与C交互环境的建立;  ◆ 提取脚本中的串口配置数据;  ◆ 调用Lua函数设置发送缓冲区;  ◆ 通过Lua函数处理接收缓冲区数据。

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