支持多串口同時(shí)抄表的智能儀表程序設(shè)計(jì)＊

同曉榮

（渭南師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，渭南714000）

引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了儀表行業(yè)快速發(fā)展；同時(shí)，隨著人力成本的增加，人工抄表將會(huì)逐漸被淘汰；智能儀表將成為儀表行業(yè)發(fā)展的方向［1-3］。可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)20年儀表行業(yè)將經(jīng)歷一次革命，我國(guó)將由目前的人工抄表方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程抄表，各級(jí)水、氣和電力管理部門(mén)可以根據(jù)不同的權(quán)限對(duì)同一塊儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程抄讀。為了支持多用戶同時(shí)抄表，本文設(shè)計(jì)了一種支持多串口同時(shí)抄讀的智能儀表程序，對(duì)程序設(shè)計(jì)流程做了詳細(xì)的闡述［4-5］。

1 支持多串口智能儀表軟件構(gòu)架

支持多串口智能儀表軟件構(gòu)架如圖1所示，支持多串口智能儀表的軟件構(gòu)架分為4層：驅(qū)動(dòng)層、基于任務(wù)調(diào)度的操作系統(tǒng)、通信協(xié)議層和應(yīng)用層。驅(qū)動(dòng)層主要提供智能儀表的各種硬件驅(qū)動(dòng)。其中，串口驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的功能包括：串口的配置、提供通信協(xié)議在串口發(fā)送列表和串口接收列表中注冊(cè)的接口函數(shù)、為通信協(xié)議層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。基于任務(wù)調(diào)度的操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以提高程序的通用性和擴(kuò)展性；通信協(xié)議層和應(yīng)用層根據(jù)需要在操作系統(tǒng)中注冊(cè)任務(wù)，如果以后需要增加一個(gè)功能，則可以直接增加一個(gè)任務(wù)而不需要對(duì)以前的代碼進(jìn)行改動(dòng)［6-9］。

通信協(xié)議層主要對(duì)從物理層接收的數(shù)據(jù)幀和命令幀，按照通信協(xié)議的幀格式進(jìn)行解析和對(duì)從應(yīng)用層接收到的數(shù)據(jù)和命令按照通信協(xié)議的幀格式進(jìn)行組幀。應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)智能電表和抄表客戶端應(yīng)用對(duì)象之間的通信［10］。支持多協(xié)議的智能儀表軟件構(gòu)架如圖1所示。

圖1 支持多協(xié)議的智能儀表軟件構(gòu)架

2 驅(qū)動(dòng)層串口程序設(shè)計(jì)

通信協(xié)議層系統(tǒng)初始化時(shí)，通信協(xié)議需要在每個(gè)串口的發(fā)送列表和接收列表中注冊(cè)。其中，串口發(fā)送協(xié)議列表和串口接收協(xié)議列表如下所示：

其中UartTxNode的結(jié)構(gòu)體如下所示：

3 協(xié)議層和應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)

在通信協(xié)議層定義一個(gè)類(lèi)型為PROTOCOL 的數(shù)組ProtocolPortList，ProtocolPortList數(shù)組的主要作用是：存放對(duì)應(yīng)串口接收的數(shù)據(jù)和要發(fā)送的數(shù)據(jù)、表征該串口目前的狀態(tài)。代碼如下：

RxBuff是用來(lái)存放從串口接收的數(shù)據(jù)，TxBuff為要發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果接收到一幀合法數(shù)據(jù)將ReceiveSuccess-Flag置0xFF，該標(biāo)志的作用是為操作系統(tǒng)提供一個(gè)處理RxBuff中數(shù)據(jù)的標(biāo)志，防止已經(jīng)接收的幀被后續(xù)幀覆蓋。RxLen為RxBuff接收字節(jié)的長(zhǎng)度，TxLen為T(mén)xBuff要發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。

3.1 接收回調(diào)函數(shù)程序設(shè)計(jì)

當(dāng)串口接收到一個(gè)字節(jié)后調(diào)用接收回調(diào)函數(shù)，接收數(shù)據(jù)回調(diào)函數(shù)數(shù)據(jù)處理流程圖如圖2所示。首先判斷返回的channel是否為物理通道1、物理通道2或物理通道3。如果不是則將此數(shù)據(jù)拋棄，如果是則判斷ProtocolList［channel］.ReceiveSuccesFlag是否為0xFF。如果是，說(shuō)明該串口已經(jīng)接收到一幀數(shù)據(jù)但還沒(méi)有被處理，不能接收數(shù)據(jù)。如果不是，則判斷接收字節(jié)是否符合通信協(xié)議的幀格式，如果不符合則將接收字節(jié)拋棄，如果符合將接收字節(jié)Data存入接收緩沖區(qū)ProtocolList［channel］.RxBuff中，并且將接收長(zhǎng)度ProtocolList［channel］.RxLen加1，最后判斷是否一幀數(shù)據(jù)接收完畢，如果接收完成則將ProtocolList［channel］.ReceiveSuccesFlag置為0xFF。

圖2 接收回調(diào)函數(shù)數(shù)據(jù)處理流程圖

3.2 消息格式

在應(yīng)用層和通信協(xié)議層中都有一個(gè)消息列表，分別來(lái)收集協(xié)議棧發(fā)送給它的消息和應(yīng)用層發(fā)送給通信協(xié)議層的消息。

Message MessageList［MAX＿M(jìn)ESSAGE＿NUM］；

其中Message的結(jié)構(gòu)如下所示：

通道號(hào)為協(xié)議棧接收數(shù)據(jù)的串口號(hào)，STaskID 為源任務(wù)號(hào)（協(xié)議棧的任務(wù)號(hào)或應(yīng)用層的任務(wù)號(hào)），DTaskID為目的任務(wù)ID（協(xié)議棧的任務(wù)號(hào)或應(yīng)用層的任務(wù)號(hào)），MessageType代表什么類(lèi)型的消息（讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求、寫(xiě)數(shù)據(jù)請(qǐng)求），Data為所要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的指針。

3.3 基于任務(wù)調(diào)度的操作系統(tǒng)對(duì)接收幀的處理

當(dāng)基于任務(wù)調(diào)度的操作系統(tǒng)執(zhí)行通信協(xié)議層任務(wù)時(shí)會(huì)搜索ProtocolList 數(shù)組中哪個(gè)元素的ProtocolList［channel］.ReceiveSuccesFlag為0xFF，然后對(duì)其Protocol-List［channel］.RxBuff中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理過(guò)程是：

①首先按照通信協(xié)議層的幀格式對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。

②解析出需要發(fā)往應(yīng)用層的數(shù)據(jù)，按一定的消息格式（包含發(fā)送數(shù)據(jù)和通道號(hào)）組成一條消息，然后將其發(fā)送給應(yīng)用層，應(yīng)用層收到這個(gè)消息后將其存入AMessage-List應(yīng)用層消息列表中。

當(dāng)處理完成后將ProtocolList［channel］.RxLen置0，將ProtocolList［channel］.ReceiveSuccessFlag置0，以便于該channel串口通道可以接收下一幀數(shù)據(jù)。

基于任務(wù)調(diào)度的操作系統(tǒng)會(huì)按一定的調(diào)度時(shí)間來(lái)搜索ProtocolList中各個(gè)串口通道是否接收到一個(gè)完整的幀并進(jìn)行處理，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)議棧對(duì)多個(gè)串口接收到的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行及時(shí)處理，多串口同時(shí)進(jìn)行通信。

基于任務(wù)調(diào)度的操作系統(tǒng)會(huì)按一定的調(diào)度時(shí)間來(lái)搜索AMessageList是否為空，如果不為空則對(duì)相應(yīng)的消息進(jìn)行處理，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用層對(duì)收到的多個(gè)消息進(jìn)行及時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)并行通信。

3.4 協(xié)議層對(duì)從應(yīng)用層接收到的消息處理

智能儀表需要向客戶機(jī)返回抄讀數(shù)據(jù)時(shí)，首先智能儀表應(yīng)用層將抄讀數(shù)據(jù)按照一定的消息格式組成一條消息，然后將該消息發(fā)送給通信協(xié)議層。通信協(xié)議層收到該消息后將其存入PMessageList協(xié)議層消息列表中。

基于任務(wù)調(diào)度的操作系統(tǒng)會(huì)按一定的調(diào)度時(shí)間來(lái)搜索PMessageList是否為空，如果不為空則對(duì)相應(yīng)的消息進(jìn)行處理。

通信協(xié)議層對(duì)消息的處理過(guò)程如下：

①通信協(xié)議層將消息進(jìn)行解析，解析出發(fā)送的Data和發(fā)送通道channel。

②將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照通信協(xié)議的幀格式進(jìn)行組幀，并存儲(chǔ)于ProtocolList［channel］.TxBuff中。ProtocolList［channel］.TxLen為需要發(fā)送的長(zhǎng)度。

③調(diào)用串口發(fā)送函數(shù)，將該幀數(shù)據(jù)通過(guò)串口channel發(fā)送出去。

3.5 發(fā)送回調(diào)函數(shù)程序設(shè)計(jì)

當(dāng)channel的串口將協(xié)議層數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去后會(huì)調(diào)用發(fā)送回調(diào)函數(shù)將ProtocolList［channel］.TxLen置為0。

結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)智能儀表的發(fā)展方向和多用戶同時(shí)抄表的需求，闡述了設(shè)計(jì)支持多串口同時(shí)抄表的智能儀表程序的必要性。給出了支持多串口同時(shí)抄表的智能儀表軟件構(gòu)架、驅(qū)動(dòng)層程序設(shè)計(jì)、通信協(xié)議層程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用層程序設(shè)計(jì)。它可以使多個(gè)抄表部門(mén)根據(jù)各自的權(quán)限同時(shí)對(duì)同一塊儀表進(jìn)行抄讀和設(shè)置。該設(shè)計(jì)可以廣泛地應(yīng)用于智能儀表行業(yè)，從而推動(dòng)我國(guó)儀表行業(yè)的發(fā)展和國(guó)際化。

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