Windows 2K平臺下多機通信卡

摘要：在工業(yè)現場(chǎng)，監控系統經(jīng)常采用RS-485/423/422通信標準。然而，在Windows2K平臺下，復雜的多機通信和大數據量的傳輸會(huì )加重計算機的負擔。作者采用自制的多機通信卡解決了這一問(wèn)題。本文介紹了Windows2K平臺下多機通信的基本原理，論述了多機通信卡的設計方法，進(jìn)一步闡述了驅動(dòng)程序設計的一般原則。

關(guān)鍵詞：RS-485，單片機，多機通信，WDM

1引言

在電力監控系統中，為保證數據通信的可靠性，從機經(jīng)常采用RS-485標準接口同主機進(jìn)行通信。通常，主機是一臺安裝有Windows9X、WinNT或Windows2K等操作系統的計算機。從機為8051單片機系統，8051串行口的輸入輸出為T(mén)TL電平，抗干擾性較差，只能在幾米的范圍之內傳輸數據。

為了增強抗干擾性，提高串地通信的可靠性，增加傳輸距離，必須采用標準串行總線(xiàn)接口。若將串行口的輸入輸出電平轉換成目前流行的RS-485標準串行總線(xiàn)接口，那么主機也必須完成相應的RS-485轉換接口。普遍采用的做法是給計算機外接一個(gè)RS-485/232轉換接口卡，利用現有的RS-232接口完成主機同從機之間的通信。

在單機通信的情況下，這種做法是可以的。但是在多機通信中，實(shí)現起來(lái)非常麻煩，而且會(huì )大量占用計算機CPU的時(shí)間。下面介紹Windows平臺實(shí)現通信的幾種基本方式，以及開(kāi)發(fā)多機通信卡的方法和技巧。

2Windows平臺下多機通信方式

利用計算機的串行通信適配器，其核心為可編程異步收發(fā)器UART8250芯片，8250由10個(gè)可尋址寄存器供CPU讀/寫(xiě)，實(shí)現與外界的數據通信，制動(dòng)通信協(xié)議和提供通信狀態(tài)信息。這樣，可以滿(mǎn)足單機通信的要求。

8051單片機的串行通道是一個(gè)全雙工的串行通信口，既可以實(shí)現雙機通信，也可以實(shí)現多機通信。當串行口工作在方式2或方式3時(shí)，若特殊功能寄存器SCON的SM2由軟件置為“1”，則為多機方式；若SM2置為“0”，則為9位異步通信方式。

在多機通信時(shí)，8051的幀格式是11位，其中第9位是SCON中的TB8，它是多機通信時(shí)發(fā)送地址（TB8=1）或發(fā)送數據（TB8=0）的標志。

計算機的串行通信接口芯片8250并不具有多機通信的功能，也不能產(chǎn)生類(lèi)似8051的TB8。為了完成多機通信的功能，一般的實(shí)現方式是：

計算機給每臺8051單片機系統發(fā)送9位數據，查詢(xún)是否有要發(fā)送的數據，并等待應答。若有，則接收數據；沒(méi)有，則繼續查詢(xún)下一臺。由此可以看出，這種通信方式速度是很慢的（如果有一臺8051長(cháng)時(shí)間沒(méi)有響應，則耗時(shí)更長(cháng)），而且也并不可靠，從機的臺數越多則計算機的資源浪費就會(huì )越嚴重。這種實(shí)現方式效率不高，不能滿(mǎn)足我們的通信要求。

因此，直接利用計算機串口的方式進(jìn)行通信是行不通的。為了盡可能減輕CPU的負擔，采用自行設計的智能通信卡，利用中斷方式的通信（這里指的是從機與通信卡之間的通信方式），來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

3通信卡與多個(gè)8051通信的原理

為完成異步串行通信，首先就需要實(shí)現異步收發(fā)器的功能，其次還要實(shí)現多機通信時(shí)發(fā)送的幀格式?？紤]到8051除了實(shí)現異步收發(fā)的功能外，還可以編制控制程序，使用起來(lái)更加靈活、方便，因此，用8051來(lái)實(shí)現異步收發(fā)器。為了提高通信速度，從機與通信卡之間采用中斷通信方式。

具體的實(shí)現方案如圖1所示。

圖示的這種硬件結構，使從機解放出來(lái)，平時(shí)不必處于監聽(tīng)狀態(tài)。當計算機要求通信時(shí)，可以利用多機通信卡的處理器向從機發(fā)出中斷信號，即通信卡通過(guò)3487（TTL電平轉換為RS-485電平），從機通過(guò)3486（RS-485電平轉換為T(mén)TL電平）進(jìn)行從機中斷信號聯(lián)系。從機進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，則關(guān)閉外部中斷，保護現場(chǎng)，監聽(tīng)主機發(fā)送的地址信號，并對其進(jìn)行識別，如果與本機地址相符，取消監聽(tīng)，進(jìn)入通信狀態(tài)。

通信卡與計算機進(jìn)行通信是通過(guò)數據接口和譯碼電路實(shí)現的。該接口卡利用中斷方式與計算機通信，即通信卡向計算機發(fā)出中斷請求，計算機接收到相應中斷請求后，執行數據收發(fā)的任務(wù)。其中，計算機對通信卡的訪(fǎng)問(wèn)是利用內存映射方式實(shí)現的。

4通信卡設計

該通信卡基于ISA總線(xiàn)工業(yè)標準。它的設計主要分為三個(gè)部分：地址譯碼電路、數據接口電路和控制邏輯電路。

（1）地址譯碼電路

由于采用的是端口統一編址的方式（也就是給每一個(gè)I/O端口分配一個(gè)存儲器地址），I/O端口的尋址信號由地址總線(xiàn)通過(guò)譯碼得到。CPU用存儲器讀寫(xiě)指令對I/O接口進(jìn)行讀寫(xiě)，此時(shí)，I/O端口的讀寫(xiě)操作控制信號采用存儲器讀（MEMR）和存儲器寫(xiě)（MEMW）信號。而在通信卡上為實(shí)現內存映射就必須完成相應的譯碼轉換，也就是將對應的雙口RAM地址與分配的地址空間對應起來(lái)，實(shí)現地址的轉換。

實(shí)現時(shí)，采用動(dòng)態(tài)配置內存映射設備，改變內存映射端口的地址也相對方便，比老式的ISA[1]接口用跳線(xiàn)配置要優(yōu)越些。該雙口RAM為8K，但計算機能夠訪(fǎng)問(wèn)的只有4K。其中CTRL線(xiàn)是8KRAM的控制線(xiàn)，通過(guò)該線(xiàn)可以實(shí)現“乒乓”結構[1]的數據傳輸。

（2）數據接口電路

數據接口電路實(shí)現數據線(xiàn)的驅動(dòng)功能。盡管很多計算機主板的數據總線(xiàn)都經(jīng)過(guò)驅動(dòng)，但為了確?？煽啃?，數據總線(xiàn)不應直接與雙口RAM相連接，而是通過(guò)數據驅動(dòng)器件與數據線(xiàn)相連。

（3）控制邏輯電路

控制邏輯電路是與計算機通信的核心部分，該部分主要是實(shí)現“乒乓”結構的硬件控制部分。當存儲器中的RAM達到HALFREADY（半滿(mǎn)狀態(tài)）時(shí)發(fā)出中斷申請實(shí)現數據的傳輸，同時(shí)，將CTRL狀態(tài)取反，使得計算機訪(fǎng)問(wèn)的是其中的一半，即實(shí)現了數據傳輸的“乒乓”結構。此外，數據的讀寫(xiě)控制也通過(guò)控制邏輯實(shí)現。

89C52實(shí)現與從機多機通信，同時(shí)將得到的數據存入雙口RAM中，控制邏輯協(xié)調RAM的數據讀寫(xiě)工作。

5設備驅動(dòng)程序的設計

在Windows9x下的VxD（虛擬設備驅動(dòng)程序）相比，Windows2K下的WDM（Windows設備驅動(dòng)模型）驅動(dòng)程序要復雜一些。

WDM驅動(dòng)程序是分層的，不同層上的驅動(dòng)程序有著(zhù)不同的優(yōu)先級[2]。此外，WDM還引入了FDO（功能設備對象）與PDO（物理設備對象）兩個(gè)新類(lèi)來(lái)描述硬件。