基于vc++的串口通信調(diào)試軟件的設計

基于vc++的串口通信調(diào)試軟件的設計

隨著粒子發(fā)生器技術的發(fā)展，越來越多的控制設備被用于離子源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、輻射流量診斷系統(tǒng)等。這些設備的通信接口繁雜,有RS-232、RS-485以及網(wǎng)絡接口等。在設備的安裝調(diào)試過程中,不同的接口需要使用不同的調(diào)試軟件,設備調(diào)試很不方便。另外,在加速器控制領域,為了保護人身安全遠離輻射,需要遠程控制各種設備,RS-232/RS-485接口的設備需通過串口服務器或者PC機接入以太網(wǎng)實現(xiàn)遠程控制。這就導致同一款設備在本地和遠程調(diào)試時需要使用不同的調(diào)試工具,非常麻煩。因此,設計一款能夠穩(wěn)定可靠完成串口和網(wǎng)絡接口設備的調(diào)試軟件非常有必要。本文介紹了在VC++平臺下實現(xiàn)的多功能的網(wǎng)絡及串口調(diào)試工具的設計。1基本技術原則1.1客戶端的通信模式實現(xiàn)網(wǎng)絡通信的方式有多種,WinSock是一種比較簡單的實現(xiàn)方法。WinSock提供了在Windows平臺下網(wǎng)絡編程的接口,是連接控制軟件和網(wǎng)絡驅(qū)動程序的橋梁。它以動態(tài)鏈接庫形式提供給用戶,具備支持多種協(xié)議和開放式的特點,其工作流程如圖1所示。WinSock支持面向連接的流式套接字TCP(TransmissionControlProtocol)和無連接服務的數(shù)據(jù)報式套接字UDP(UserDatagramProtocol)。加速器工作在強磁場強輻射的環(huán)境中,選擇基于TCP協(xié)議的面向連接的流式套接字編程方式,能夠保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸。通信結構采用C/S(客服端/服務器)方式,被控設備作為服務器,遠端PC機的控制軟件作為客戶端。因此設備調(diào)試工具的網(wǎng)絡通信只需完成客戶端的通信功能?；赥CP的客戶端網(wǎng)絡程序編寫流程如下:(1)WinSock的初始化創(chuàng)建套接字,通過WSAStartup()函數(shù)完成加載套接字庫,同時指定套接字庫的版本以及套接字類型。(2)發(fā)出連接請求選擇非對稱式的C/S通信結構,客戶端程序無需調(diào)用bind()綁定IP和端口。只需聲明地址結構體(SOCKADDR_IN)用于指定服務器的IP和端口,然后通過connect函數(shù)可以與被控設備(服務器)建立連接。(3)進行通信當連接建立后,C/S就可進行通信?？蛻舳耸褂胷ecv()接收設備的數(shù)據(jù),用send()向設備發(fā)送命令及數(shù)據(jù)。通信模式有阻塞和非阻塞兩種。阻塞方式下,客服端接收數(shù)據(jù)時會阻塞等待數(shù)據(jù)接收完畢,超時則作廢。在非阻塞模式下,采用事件驅(qū)動機制,當數(shù)據(jù)準備完成才去通知客服端接收,這種模式下客服端可響應多個socket連接。通過WSAAsyncSelect()實現(xiàn)異步非阻塞模式選擇。(4)釋放連接通信結束后需調(diào)close()關閉套接字,釋放為此套接字分配的資源,最后再調(diào)用WSACleanup()函數(shù)終止對套接字庫Winsock.dll的連接。1.2多端口監(jiān)控存儲串口通信用到的通信線少、方式簡單,在加速器現(xiàn)場的很多控制設備通過串口進行通信。VC環(huán)境下,串口的編程有兩種方式:一是調(diào)用微軟公司提供的ActiveX的控件MSComm,控件簡單易操作,開發(fā)者只需了解控件的屬性和事件,但多串口程序需要添加多個控件不靈活;二是利用Windows的API函數(shù),實現(xiàn)設備的無關性,編程雖比較復雜,但訪問串口功能豐富,可訪問多串口,該方法更為靈活,本設計選擇API函數(shù)方式實現(xiàn)。其通信過程圖2所示。(1)打開串口(COM)打開串口通過調(diào)用CreateFile()函數(shù),調(diào)用成功則返回一個句柄,該句柄在整個通信中都被使用。若調(diào)用失敗,則函數(shù)返回INVALID_HANDLE_VALUE。(2)串口配置串行傳輸?shù)淖畲筇攸c按位進行發(fā)送和接受數(shù)據(jù),因此需對串口進行一些初始化配置。通過DCB(DeviceControlBlock)結構來實現(xiàn),DCB包含了波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗方法等信息。調(diào)用GetCommState()可獲取串口現(xiàn)有的配置寫入DCB結構中。調(diào)用SetCommState()將指定的DCB配置當前串口。(3)讀寫串口通過ReadFile()和WriteFile()實現(xiàn)串口實時通信。WriteFile()將數(shù)據(jù)送到lpBuffer指針指向的數(shù)據(jù)緩沖區(qū),再由串口將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為串行比特數(shù)由TXD發(fā)送出去。ReadFile()指定串口接收的數(shù)據(jù)存儲在lpBuffer指針指向存儲區(qū)域并接收數(shù)據(jù)。(4)關閉串口串口通信結束之后需要關閉串口,調(diào)用CloseHandle()關閉句柄就可實現(xiàn)。2軟件方案的設計基于網(wǎng)絡和串口通信的編程技術設計出滿足多種需求的調(diào)試軟件,下面詳細論述本調(diào)試軟件的關鍵之處。2.1監(jiān)視線程技術在加速器現(xiàn)場由于其環(huán)境惡劣,往往會因為各種因素導致網(wǎng)絡或者串口中斷。如:高壓導致一些控制器的損壞,從而導致連接的中斷,TCP內(nèi)部機制決定了長時間不進行通信就會導致連接中斷等。因此在網(wǎng)絡串口的編程技術上,引入了監(jiān)視線程技術。在開啟串口和網(wǎng)絡同時調(diào)用AfxBeginThread開啟工作者線程,進入自定義MonitorThread()監(jiān)視函數(shù)對串口及網(wǎng)絡實時監(jiān)測,以網(wǎng)絡編程為例其線程監(jiān)視主要代碼如下所示:2.2自動識別校驗在調(diào)試軟件和被控設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸不僅要考慮其傳輸平臺、接口方式,還要考慮其數(shù)據(jù)格式即通信協(xié)議。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn),不同設備遵循不同的通信協(xié)議,比如Modbus、DCON和一些設備自定義協(xié)議。Modbus協(xié)議采用RTU模式(十六進制)或ASCII碼發(fā)送,DCON協(xié)議采用字符發(fā)送。為方便調(diào)試人員,調(diào)試軟件支持這兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。用戶界面輸入命令均為ASCII碼,其含8bit字節(jié)(兩位十六進制字符)。十六進制字符命令用ASCII碼中‘1’(30H)~‘9’(39H)及‘A’(41H)~‘F’(46H)字符表示十六進制標識1~9、A~F,所以利用查表1對應關系可進行ASCII碼轉(zhuǎn)換成十六進制字符碼。接收數(shù)據(jù)均用十六進制表示,顯示十六進制和ASCII碼,十六進制顯示就是將每一個十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應的表1中的ASCII碼。而ASCII顯示則是通過ASCII碼表查找顯示。同時該軟件添加了多種校驗方式,CRC、LRC和奇偶校驗,這些校驗方式原理并不難,但計算卻相對復雜,人工計算繁瑣而且無法保證準確性,所以根據(jù)加速器現(xiàn)場設備常用的幾種校驗方式,集成了校驗組供操作人員選擇。點擊軟件中校驗按鈕出現(xiàn)校驗選擇對話框,如圖3,點擊OK就會將發(fā)送數(shù)據(jù)生成校驗碼并直接添加在要發(fā)送數(shù)據(jù)后面,簡單可靠。2.3控制命令的多種類型為了更好適應調(diào)試設備,調(diào)試軟件增加了實用的輔助功能。筆者所在的科研小組自主研制了一些控制設備,這些設備遵行自定義數(shù)據(jù)格式。此外還采用一些商用的AD、DA、繼電器模塊等。這導致了控制命令復雜多樣,不方便記憶,給調(diào)試帶來不便。因此,本調(diào)試軟件將常用模塊的控制命令制作了一個命令集參考庫。如圖4所示,當需要控制某模塊時,選擇相應的模塊類型,軟件將會自動彈出該模塊的常用命令,雙擊需要的命令就可以完成命令的發(fā)送,大大提高了調(diào)試效率。當然該軟件還具備自動發(fā)送數(shù)據(jù)、文件方式存儲數(shù)據(jù)和計數(shù)統(tǒng)計等輔助功能。3軟件的基本情況調(diào)試軟件目前已經(jīng)在近代物理研究所的負氫離子源、治癌離子源等控制系統(tǒng)調(diào)試中得到實際應用,本軟件很好地完成了調(diào)試任務。網(wǎng)絡通信界面如圖5所示,該界面顯示的是測試泓格I-7017AD模塊。在圖中的右上方網(wǎng)絡連接模塊,提供協(xié)議選擇、IP及端口號,然后點擊連接網(wǎng)絡,若連接成功指示燈亮,否則為灰色。在軟件運行過程中,發(fā)生中斷,軟件將會進行自動重連。串口通信界面如圖6所示。打開串口之前,需要配置好串口如串口號、波特率、校驗碼等等。軟件支持十六進制發(fā)送或者字符發(fā)送,支持十六進制顯示或者字符顯示。4系統(tǒng)調(diào)試軟件模塊本調(diào)試軟件以加速器現(xiàn)場的設備調(diào)試需求為基點,以VC++為平臺,采用多線程串口及網(wǎng)絡的通信方式、集成多種通信數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換及校驗功能,提供常用模塊的命令格式,以方便調(diào)試人員進行設備調(diào)試。同時本調(diào)試軟件也為以后的