（通信与信息系统专业论文）基于pstn的远程在系统编程.pdf

摹于p s t n 的远程在系统编程摘要 摘要 本文给出了一种在公用电话交换网( p s t n ) 上实现远程在系统 编程( i s p ：i n s y s t e mp r o g r a m m i n g ) 的方案。此方案主要包括以下 几部分：如何实现在公用电话交换网上的p c 机和单片机的远程通 信；如何在p c 和单片机之问实现有效的文件传输；如何通过单片 机将从远程传输过来的编程文件f 载到相应的鬯塑堡望塑墨往中。 本文给出了系统的硬件设计原理、框图以及主要的软件设计原理和 方法。本文还对影响远程文件传输协议的主要参数，以及文件传输 中需要注意的数据校验等问题进行了研究。 关键词：远程通信、协议、数据校验、编程 、v j 基于p s t n 的远程在系统编程a b s t r a c t r e m o t ei s po np s t n a b s t r a c t t h i st h e s i sp r o v i d e saw a yo fr e m o t ei n - s y s t e m - p r o g r a m m i n go n p s t n t h r e e p a r t s a r ei n c l u d e d h e r e f i r s t ，h o w t o c o m p l e t e t h e c o m m u n i c a t i o nb e t w e e np e r s o n a lc o m p u t e ra n ds i n g l e - c h i p p r o c e s s o ro n p s t n s e c o n d ，h o w t ot r a n s f e ri s pf i l ee f f e c t i v e l y l a s t ，h o wt op r o g r a m t h ep l dd e v i c eb yt h eu s eo f s i n g l e - - c h i p - - p r o c e s s o r t h i st h e s i sg i v e st h e d e t a i l e ds c h e m eo ft h es y s t e mh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，i ta l s op r e s e n t si t s o w nf i l et a n s f e rp r o t o c 0 1 s o m er e s e a r c ho nd a t ac h e c kh a sa l s ob e e n d o n e k e y w o r d s ：t e k e c o m m u n i c a t i o n s ，p r o t o c o l ，d a t a c h e c k ，p r o g r a m m i n g z h a o t i n g l i d i r e c t e db yw a n g y i m i n g 基于p s t n 的远程在系统编程前言 前言 随着现代电子技术的迅猛发展，现代电子系统设计技术也迈入 了一个全新的阶段。自8 0 年代以来，可编程逻辑器件( p r o g r a m m a b l e l o g i cd e v i c e _ p l d ) 技术发展非常迅速。由于p l d 是作为一种通 用器件生产的，而它的逻辑功能是由用户通过对器件编程实现的， 随着p l d 的集成度越来越高，速度越来越快，设计越来越方便灵活， 因而日益成为专用集成电路a s i c 设计的主流方法。特别是9 0 年代 新一代在系统编程技术i s p 的推出，取消了专用编程设备，器件本 身也不必从系统电路板上取下，可以使用硬件描述语言和电路图方 法在系统内编程。这一创举使现代电子系统设计的方法前进了一大 步，设计周期大大缩短，库存大大减少，效率大为提高，并且十分 有利于产品的升级和更新换代。 i s p 技术使现代电子设计进入了新的时代，然而从i s p 技术带 来的好处中我们仍能感到一些缺憾，即i s p 虽然对于产品的升级换 代十分容易，却有地域上的限制，必须要设计者亲临现场操作。为 了使i s p 技术更加完美地应用于产品设计开发，我们开发了基于p g t n 的远程在系统编程( i s p ) 工具。 本文第一章简要介绍了电子设计的发展以及基于p s t n 的远程 在系统编程工具的应用前景。第二章主要从系统框图，系统流程， 显示模块等几部分讲述了该工具的硬件设计。接下来的章节主要是 从该工具需要解决的几个要点来讲述的。要点i ：第三章，如何利 前言 基于p s t n 的远程在系统编程 用m s m 7 5 1 2 b 来完成单片机和计算机的远程通信。该章主要介绍了计 算机如何通过串口连接m s m 7 5 1 2 b ，以及单片机如何连接m s m 7 5 1 2 b ， 以及双方如何保证正确的数据通信：要点2 ：第四章，数据传输过 程中的检错方法。如何检错也是保证正确的文件传输的一个重要部 分。该章就c r c 校验进行了讨论，并对实验结果作了定量的描述； 要点3 ：第五章，文件传输。采用什么样的文件传输格式以及通信 双方采用什么样的协议进行文件传输也是该工具需要研究的一个重 要部分。因为合适的协议和格式可以保证数据传输的高效率和高质 量。本文的第六章简要介绍了i s p 技术，并且介绍了如何通过单片 机来实现在系统编程。 基于p s t n 的远程在系统编程综述 第一章综述 1 1 早期数字系统设计的局限性 众所周知，以前电子工程师们设计数字系统采用的都是自底向 上的方法，通过对器件功能和电路板图分别进行设计和确定来规划 系统功能。设计一个系统通常要经历如下的过程：书面设计元 器件选择一一硬件搭试一一样品制作。由于传统器件引脚功能的硬 件方式是不可能任意改变的，所以在设计期间要花费大量的时间和 精力在元件选配和系统结构的可行性定位上。此外，其中的硬件搭 试过程也是很费时的，往往会因接线紊乱和接触不良带来各式各样 的麻烦。而且用的器件越多，搭试难度就越大，当系统规模大到一 定程度，系统复杂到一定程度，这种搭试实际是不可行的。即使搭 试成功了，用这样的方法设计出的成品其功能一般也是不能改变的。 早期的数字系统多采用试凑法设计，这种方法没有固定的套路 可循，主要是凭借设计者的经验。设计出来的电路，虽然不乏构思 巧妙者，但是交流和修改都很不方便，往往会因为某个局部的器件 改动而导致整个系统都得重新设计、安排，造成牵一发而动全身的 尴尬局面。 1 2 e d a 技术 在电子设计领域，可编程逻辑器件的广泛应用，为数字设计带 来了极大的灵活性。随着可编程逻辑器件自身功能的不断完善和计 算机辅助设计技术的提高，e d a 技术便应运而生了。 综述 基于p s t n 的远程在系统编程 e d a 是电子设计自动化( e l e c t r o n i c d e s i g na u t o m a t i o n ) 的缩写， 它以计算机为工具，在e d a 软件平台上，对以硬件描述语言- i d l 为系统逻辑描述手段完成的设计文件自动地进行逻辑编译、逻辑化 简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至 对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。设计 者的工作仅限于利用软件的方式，尽管目标系统是硬件，但是整个 设计和修改过程如同完成软件设计一样方便和高效。 e d a 技术采用的是自顶向下的设计方法。采用自顶向下设计方 法的优越性表现在： ( 1 ) 由于顶层的功能描述可以完全独立于目标器件的结构，在 设计的最初阶段，设计人员可以不受芯片结构的约束，集 中精力对产品进行最适应市场需求的设计，从而避免了传 统设计方法中的再设计风险，缩短了产品的上市周期。 ( 2 ) 设计成果再利用得到保证。采用模块化设计方法，使得对 于以往成功的设计成果稍作修改、组合就能投入再利用。 ( 3 ) 采用结构化开发手段，旦主系统基本功能结构得到确认， 即可实现多人多任务的并行工作方式，使系统的设计规模 和效率大幅度提高。 ( 4 ) 在选择实现系统的目标器件的类型、规模、硬件结构等方 面具有更大的自由度。 基于p s t n 的远程在系统编程 综述 1 3 i s p 技术 e d a 技术的一个必要步骤就是对目标芯片进行编程下载。采用 e e p r o m 编程下载技术的可编程逻辑器件具有可反复编程且能长期 保存的优点，但编程时需要昂贵的专用编程器，编程效率低，使用 不便，特别是对于目前的一些十分常用但引脚多的器件，采用专用 编程器方式的下载已几乎无法使用。因为芯片在编程器上的插拔过 程中会损伤引脚，以致于要经修正后才能上贴装机，从而导致生产 效率低下。 l a t t i c e 公司发明的在系统编程i s p 技术，很好地解决了可编程器 件在编程下载方面的诸多问题。在系统可编程器件是一种无需将器 件从电路板上取下，无需专门的编程高压，即可编程的e e c o m s 芯 片。它通过4 5 根编程连线与计算机的并行口相连，在专门的烧录 软件的帮助下，可以非常方便地实现编程下载。使用这种技术可以 免去以往p l d 的那种拔插芯片的麻烦过程。 1 4 使用远程i s p 的理由 使用i s p 技术后，可以方便地通过编程电缆将编程文件下载到 包含有可编程器件( p l d ) 的设备中，从而实现一个物理的数字系统。 由于下载文件的生成依赖于计算机和设计软件，下载时计算机必须 和具体的设备进行连接，这意味着需要设计者亲临现场操作( 如图 1 1 ( a ) 所示) 。设想如果用此技术设计的产品发往外地，或是远涉 重洋，出口海外，就需要生成一个庞大的全球性售后服务网络对产 多碴基于p s t n 的远程在系统编程 品跟踪或更新，这需要很大费用，对中小企业根本不可想象。如何 解决这个问题呢? 我们想到了无所不能的互联网。既然中小企业的 原材料供应、成品销售等可以受益于互联网，那么他们的技术性服 务为什么不可以依靠互联网进行呢? 为此，利用互联网及其t c p i p 协议开发的个远程在系统编程工具诞生了，它使工程技术人员足 不出户就可以对他们利用p l d 研制生产的远在千里之外的电子系 统、电子设备进行升级和维护( 如图1 1 ( b ) 所示) 。 黼凰游蟛镯 图11 ( a ) p l o 的一般便用方法 图1 1 ( b ) p k 0 的互联网使用方法 从互联网我们想到了p s t n ，既然可以通过电话线接入互联网， 为何不能直接通过p s t n 来完成产品的更新升级昵? 众所周知，中国 网民虽然从9 8 年的1 1 7 5 万发展到2 0 0 1 年的2 6 5 0 万，但是比起固 定电话用户来说，只能算是少之又少。而p s t n 的用户几乎遍及世界 的每个角落，就中国而言，现在也几乎家家户户都有电话。所以为 了更好地运用远程在系统编程技术，让更多的人享用到它的好处， 我们开发了基于p s t n 的远程在系统编程工具。 1 5 基于p s t n 的远程i s p 的应用范围和前景 基于p s t n 的远程在系统编程工具适用于所有使用p l d 器件设 计和开发电子产品、系统和设备的公司或厂家。对于他们拓展业务 范围，提升产品价值，增加产品的信息技术含量，降低生产成本， 基于p s t n 的远程在系统编程综述 争取更多用户，以信息化带动工业化都具有深刻意义。 该工具也适用于开设数字逻辑电路和数字系统设计课程的相关 学校和专业，为教师指导和批改学生的实验提供了方便，并可以把 学生从都做同样的单一实验这种传统模式中解放出来，有利于针对 不同学生给出不同要求，同时也降低了教学成本。 墨竺堕堡堕兰l 一一兰王! i 型竺望堡垄墨竺叁堡 第二章系统的硬件设计 2 1 概述 本系统是在公用电话交换网上实现远程的在系统编程，设计者 端一般都有计算机，而用户端则不能保证有，由于单片机具有体积 小、价格低、应用灵活的特点，所以把用户端设计成一个由单片机 构成的更新设备，用来和设计者端通信并且完成对p l d 电子设备的 编程。 2 2 基于p s t n 的远程i s p 的系统框架 系统的示意图如图2 1 所示。 设计 计算 图21 基于p s t n 的远程l s p 系统示意图 系统主要分为两部分：设计者端和设备端。系统的基本思想是 假定设计者端( 计算机) 知道设备端( 单片机) 的地址，即电话号 码。先由计算机端拨号呼叫单片机端，单片机端通过振铃检测电路 检测到振铃音后控制继电器闭合一一摘机，这样就接通了计算机端 和单片机端的通路。之后，单片机与计算机先进行握手，成功之后 进行文件发送与接收。单片机将经过c r c 校验后正确的数据按文件 格式存放到外置r a m 中。然后再通过扩展并行口连接编程电缆将 文件从r a m 中读出并下载到p l d 设备中。单片机的工作状态由l c d 显示。 墨主! ! 型塑垫堡堡墨竺塑堡 至堑塑望堡堡! 根据上述的基本思想，设计了如图2 2 所示的设备端单片机系 统。而设计者端只要通过串口连接一个带m o d e m 芯片的电路即可， 具体电路将在第三章讲述。 电话线 lj 瑕竺誓刹 ： - 4 显示设备 等手_ 堕 c = = 爿外置r a mi 电盐im 。2 , , 。mi - ： 片 ：q e p r o m 机叫鞲等 图22 设备端系统框翻 2 3 基于p s t n 的远程i s p 的系统流程图 系统具体的流程图如图2 3 所示。 p c 端 单片机端 摘机，接通和远端的链 路，并发送应答信号 t j 接收文件，并发送应答 1 人nl 1 + y 将接收的文件下载到目标器件中 发送下载结果 断开连接释放链路 + ( 结束) 图2 3 系统流程图 墨竺塑堡! ! 堡生 萎王坠型竺垩堡堡墨丝堡堡 目前系统的文件传输和下载都能顺利执行，也就是本设计的大 部分功能已经实现。由于时间关系，系统p c 端拨号呼叫部分还未能 实现，这也是本系统需要继续调试的一个部分。目前的所有实验都 是在事先设定好双方已经建立了一条通信链路的基础上进行的。 2 4 显示模块 如前所述为了能够在单片机端工作的时候给出必要的状态提 示，设计了显示模块。下面简要介绍一下本系统选用的显示模块。 因为单片机端只要给出一些必要的语言提示，所以设计中选用了8 段式液晶显示模块l c m l 0 3 。 2 4 1l c m l 0 3 的特点 l c m l 0 3 是一款l o 位多功能8 段式液晶显示模块。它内含看 门狗( w d t ) 时钟发生器；2 种频率的蜂鸣驱动电路；内置显示r a m ， 可显示任意字段笔画。与一般显示模块相比，它还有两大特点：一 是采用串行接口，可与任何单片计算机或单片集成电路连接，比之 并行接口可以简化硬件连接，有利于设备的微小型化；二是具有极 微功耗特性，其显示状态的工作电流为2 ua ( 典型值) ，省电模式 小于1l aa ，工作电压为2 4 3 3 v 。显示清晰，稳定可靠，使用编 程简单。 因为本系统需要接的外围电路比较多，所以i o 口的引脚就显 得特别紧张，而l c m l 0 3 的最简连接只需用到单片机的3 个引脚， 故是一个较合理的选择方案。 基于p s t n 的远程在系统编程 系统的硬件设计 2 4 。2 硬件连接 图2 4 给出了l c m l 0 3 与单片机的硬件连接图。在本设计中使用 单片机的p 3 2 连接d a t a 口、p 3 _ 3 连接w r 口、p 3 4 连接c s 口。 当片选c s 和写信号w r 有效时，d a t a 口接收来自单片机的串行 格式数据。 图2 4l c m l 0 3 与单片机的硬件连接 2 4 3 软件设计 l c m l 0 3 主要是通过从芯片的d a t a 口将数据按特定的格式输 入显存来实现数据显示的，所以只要根据芯片规定的送数据和送命 令格式来编写程序就可以完成正常的显示。具体程序这里就不再给 出，但是需要值得一提的是模块的初始化和清零。 1 模块初始化l c m l0 3 芯片上电后必须先进行软件初始化，初 始化主要完成模块复位、开振荡器、专用模块初始化命令、关l c d 、 开l c d 等一系列操作。初始化后l c m l 0 3 才可以进行正常的显示操作。 2 清零l c m l 0 3 虽有开关l c d 的命令，但是关l c d 命令仅 仅使屏幕变暗，它并不能把显存中数据清0 ，只要你再次开l c d ， 那原来的数据又会显示出来。所以为了正确显示数据，在输入新的 数据前应将原先的所有显示位清除，即将显存中的所有数据清零。 型望坚! 翌至! ! ! 塑! ! 塑望丛! ! 塑垩堡望焦 苎王! ! 型箜垩堡垄墨篓塑堡 第三章利用m s m 7 5 1 2 b 的p c 和单片机的远程通信 3 1 引言 在进行基于p s t n 的远程i s p 系统设计时设定了设计者端是计 算机，而设备端是简单的m c s 51 单片机系统，双方要在p s t n 中 进行通信，一个基本的方法就是利用调制解调器。在设计之初原计 划采用单片机端使用调制解调芯片m s m 7 5 1 2 b ，而计算机端采用标 准调制解调器。但是经过多次试验，发现标准的调制解调器跟 m s m 7 5 1 2 b 按v 2 3 协议进行握手时比较难以实现，而且即使握手成 功了，在此后的过程中m s m 7 5 1 2 b 就不能改变工作模式。考虑实际 需要以及性价比等因素，最后改作通信双方都选用了调制解调芯片 m s m 7 512 b 来完成数据通信的任务。 3 2 通信方案 m c s 5 1 单片机和计算机利用m s m 7 5 1 2 b 实施双向通信的方框 图如图3 1 所示。 计算机和单片机( m c s 5 1 ) 都具有串行通信口，而串1 5 1 是常用 的计算机与外部串行设备之间的数据传输通道，所以设计时采用了 单片机和计算机都通过串口分别连接一个m s m 7 5 1 2 b ，然后再通过 基于p s t n 的远程在系统编程 利用m s m 7 5 1 2 b 的p c 和单片机的远程通信 p s t n ( 公用电话交换网) 连在一起，完成相互通信。两者之间采用 异步串行通信方式进行通信，数据传送格式为：起始位、8 位数据 位、停止位。 3 3 硬件设计 3 3 1m s m 7 5 1 2 b 的介绍 在具体介绍硬件设计之前，首先介绍一下m s m 7 5 1 2 b 。 m s m 7 5 1 2 b 是日本o k i 公司推出的单片f s k 调制解调器。它符合 i t u t v 2 3 标准，可以支持1 2 0 0 b p s 半双工或1 2 0 0 b p s 收7 5 b p s 发全 双工两种数据传输方式。m s m 7 5 1 2 b 的封装形式是d i p 。1 6 。下表给 出了m s m 7 5 1 2 b 的引脚说明。 引脚号名称 i o 说明 1 v + 3 v 至+ 5 v 电源 2a ii 模拟接收信号输入 3a oo 模拟发送信号输出 4e a l1 外部模拟信号输出 5g n d 地，o v 6x 】i 3 5 7 9 5 4 5 m h z 品振应连至x i 和x 2 ，当器件采用外部时钟时， 7x 2o 它应通过1 个1 0 0 p f 的a c 耦合电容加至x 2 ，且x 1 应该悬空 8c l ko 时钟信号输出 9r do m o d e m 接收串行数据输出 1 0c do f s k 接收信号和应答信号控制 】1x di + m o d e m 发送串行数据输入 1 2力王s i +f s k 信号和应答信号发送使能脚 1 3t e s t i +芯片测试输入，应为开路或数字1 1 4m o d l i +工作模式选择 1 5m o d 2 l + 1 6a o g i +模拟发送信号幅度选择，1 一- 1 0 d b m ，0 一一4 d b m 3 3 2 单片机和m s m 7 5 1 2 b 的连接 m c s 一5 1 单片机的串口和m s m 7 5 1 2 b 连接电路图如图3 2 所示。 通过用单片机的p 1 口对m s m 7 5 1 2 b 进行收发模式控制。当 m o d 2 = 0 ，m o d i = 0 时，芯片处于发送模式，只能向外发送数据； 1 3 型望坚! 竺! ! ! ! ! 塑鉴塑兰竺塑竺垄堡望笪 苎王! ! 型塑垩塑垄墨竺堕堡 而m o d 2 = 0 ，m o d i = i 时，处于接收模式，可以以1 2 0 0 b p s 的速率 接收数据，也可以以7 5 b p s 的速率发送数据。 c l l t r 图3 2m s m 7 5 1 2 b 和单片机的连接 3 3 3 计算机和m s m 7 5 1 2 b 的连接 计算机端也是通过串口和m s m 7 5 1 2 b 连接。大家知道，r s 一2 3 2 c 的标准规定：逻辑“0 ”为+ 5 + 1 5 v 之间，逻辑“1 “为。5 1 5 v 之间。而m s m 7 5 1 2 b 的电平是标准的t t l 电平，因此在两者进行 连接之前必须进行电平转换。这由m a x i m 公司的m a x 2 0 2 芯片完 成。该芯片的封装和应用电路如图3 3 所示。从图中可以看出一块 m a x 2 0 2 提供了2 个t t l c o m s 输入口和2 个r s 一2 3 2 输入口。 口”w 釉 图3 3m a x 2 0 2 的应用电路图 苎主! ! 型堕望堡垄墨竺塑矍 型旦坚! 兰：! ! 堡塑! ! 塑望笪塑墼垩堡望堕 计算机串1 ：3 通过m a x 2 0 2 进行电平转换后和m s m 7 5 1 2 b 连接 的电路如图3 4 所示。用串1 3 的d t r 脚控制m s m 7 5 1 2 b 的r s 信号， 又因为m s m 7 5 1 2 b 收发模式下m o d 2 脚均为0 ，所以就让m o d 2 直接接地，而用串口的r t s 脚控制m o d l 来选择收发模式。 t l 一 一l 、一6 0 06 0 0 i m u 图3 4m s m 7 5 1 2 b 和计算机串口的连接 3 4 软件设计 单片机和计算机端都是通过串口作为数据通道完成双方的数据 通信的，两者发送和接收的都是数字信号，而具体的数字信号如何变 成模拟信号在p s t n 中传输则完全与软件设计无关，它是由硬件电 路中的m s m 7 5 1 2 b 来完成的。所以本系统的远程通信软件设计也就 是对双方的串口通信的设计。下面将分别介绍这两部分的设计。 3 4 1 计算机端串口通信的设计 我们知道串行端口的本质功能是作为c p u 和串行设备间的编码 转换器。当数据从c p u 经过串行端口发送出去时，字节数据转换为 串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。在w i n d o w s 环境( w i n d o w sn t 、w i n 9 8 、w i n d o w s 2 0 0 0 ) 下，串口是系统资源 的一部分。应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作 型望坚! 坚! ! ! 堡望! ! 塑兰笪垫箜垩堡望笪 苎王! ! 型竺垩堡垄墨竺塑望 系统提出资源申请要求( 打开串口) ，通信完成后必须释放资源( 关 闭串口) 。 在c + + b u i l d e r 中有好几种可以实现串行通信的编程技术，下面 主要介绍两种：使用控件，使用a p i 函数。 使用串行通信控件m s c o m m 串行通信控件m s c o r m n 3 2 o c x 提供了使用r s 。2 3 2 来进行数 据通信的所有协议，c + + b u i l d e r 为该控件提供了标准的事件处理函 数、过程，并通过属性和方法提供了串行通信的设置。它使用户能 够方便地访问w i n d o w s 串行通信驱动程序的大多数特性，包括输入、 输出缓冲区的大小及决定何时使用流控制命令挂起数据传输等。 设计者只要在设计窗体中加入t m s c o m m 控件，就可以方便地通过 该控件对串口属性进行设置。 使用a p i 函数 控件虽然简单易用，但必须拿到窗体中使用，在一些不使用窗 体的应用场合下，控件的使用就显得捉襟见肘。a p i 是附带在w i n d o w s 内部的一个极其重要的组成部分。w i n d o w s 的3 2 位a p i 主要是一系 列很复杂的函数和消息集合。它可以看作是w i n d o w s 系统为在其下 运行的各种开发系统提供的开放式通用功能增强接口。通信程序在 c r e a t e f i l e 处指定串口设备及相关的操作属性，再返回一个句柄，该 句柄将被用于后续的通信操作，并贯穿整个通信过程。串口打开后， 其属性被设置为默认值，根据具体需要，通过调用 量主! 翌堕塑曼堡垄墨竺塑堡 型旦坚! 坚! ! ! ! ! 塑! ! 塑望笪塑竺墨望望堕 g e t c o m m s t a t e ( h c o m m ，& d c b ) 读取当前串口设备控制块d c b 设置， 修改后通过s e t c o m m s t a t e ( h c o m m ，& d c b ) 将其写入。运用r e a d f i l e ( ) 与w r i t e f i l e 0 这两个a p i 函数实现串口读写操作。本设计中就是采 用了a p i 函数的方法。 在打开串口后就要进行数据的读写，下面是数据读写操作的几 种方式： 1 查询方式 查询方式，即一个进程中的某一线程定时地查询串口的接收缓 冲区，如果缓冲区中有数据，就读取数据；若缓冲区中没有数据， 该线程将继续执行，因此会占用大量的c p u 时间。采用r e a d f i l e 函 数每次读出接收队列中的所有处于等待状态的数据，一次最多可读 出n w a n t r e a d 个字节的数据。 2 事件驱动方式 若对端口数据的响应时问要求较严格，可采用事件驱动方式。 事件驱动方式通过设置事件通知，当所希望的事件发生时，w i n d o w s 发出该事件已发生的通知，这与d o s 环境下的中断方式很相似。 w i n d o w s 定义了9 种串口通信事件，较常用的有以下三种： e vr x c h a r ：接收到一个字节，并放入输入缓冲区； e vt x e m p t y ：输出缓冲区中的最后一个字符，发送出去； e v j f l a g ：接收到事件字符( d c b 结构中e v t c h a r 成员) ，放入输 1 7 型旦坚! 坚! ! ! 丝些! ! 翌璺苎塾塑垩矍望笪 苎王! ! 型堕圣矍垄墨竺塑堡 入缓冲区。 在用s e t c o m m m a s k ( ) 指定了有用的事件后，应用程序可调用 w a i t c o m m e v e n t 0 来等待事件的发生。s e t c o m m m a s k ( h c o m m ，o ) 可使 w a i t c o m m e v e n t 0 中止。 3 两种方式的比较 事件驱动方式是一种高效的串口读方式。这种方式的实时性较 高，特别是对于扩展了多个串口的情况，并不要求像查询方式那样 定时地对所有串口轮流查询，而是像中断方式那样，只有当设定的 事件发生时，应用程序得到w i n d o w s 操作系统发出的消息后，才进 行相应处理，避免了数据丢失。查询方式是一种最直接的读串口方 式。但定时查询存在一个弱点，即查询是定时发生的，可能发生得 过早或过晚，导致数据漏读。在本系统中因为实时性要求不是很高， 结合了系统软件设计的要求就选用了查询方式，为了避免漏读，对于 查询的时间控制进行了多次测试选取了比较适合的值。 3 4 2 单片机端软件设计 首先单片机要进行串口通信必须先选择通信方式，在本通信方 案中选择了方式l ，并且利用定时器1 作为串口波特率发生器。其 次为了保证和远端计算机正确可靠地通信，单片机端的数据格式， 波特率必须与远端计算机的保持一致。所以单片机端的程序流程大 致如下：设定定时器工作方式一装载记数常数一启动定时器工作一 设定串口工作方式一握手一设置m s m 7 5 1 2 b 模式一收发数据。 ir 基于p s i 7 q 的远程在系统编程利用m s m 7 5 1 2 b 的p c 和单片机的远程通信 3 5 通信时序图 在本系统中，计算机与单片机之间的数据传输是双向的，这意味 着两个m s m 7 51 2 b 之间通信时只能使用半双工模式，并且这两种模 式需要不断转换。根据以上提出的设计方案，通过单向的通信测试 发现两个方向的单工模式都是可行的。但是一旦执行半双工通信， 即在通信过程中改变调制解调器模式从而改变收发方向，接收的数 据就不正确了。经过多次反复的测试和分析，发现双机的m s m 7 5 1 2 b 都处于接收状态时，也就是两者都不发送数据时，一方居然能接收 到一些奇怪的数据。这说明如果一方已经从发送模式转换为接收模 式而另一方还没来得及转换，通信双方将同时处于接收状态，而这 时模拟信道上信号为零，其上的噪声被m s m 7 5 1 2 b 误认为是信号加 以接收，从而导致一些干扰数据的产生进而影响正常通信。为此对症 下药制定了如图3 5 的通信时序。 p c 机 十r di 一_ t d 一 ： 图3 5通信时序图 上图中单片机方的保存数据操作仅在接收到正确的帧后执行， 而若是在等待接收重传帧时则不执行。同样，p c 方的装载数据操作 也是在发送新帧时执行，而重传帧时也无需执行。 型里坚! 坚! ! ! ! 呈塑! ! 塑兰丛垫塑垩堡望堕 苎主! ! 型竺垩堡垄墨篓塑矍 为了保证在通信过程中双方不可能同时出现在接收状态( 也即 双方或者同处于发送状态，或者一发一收) 则不难得出如下关系式。 t d + t c t 2 t i + t d( 3 - 5 1 ) t 2 + t s a v e t l + t l o a d( 3 - 5 2 ) 其中t d 是数据传输时延，t c 是m s m 7 5 1 2 b 模式转换时延。 因为t s a v e 和t l o a d 都与具体的帧长度有关，所以延时值即t 1 、t 2 的取值在数据传输速率一定时也要依具体的数据长度而定。通过 实验得出当帧长度为5 4 字节时t 1 ，t 2 的取值为1 0 0 ，5 0 比较合 理。而帧长度为1 0 0 字节时t 1 ，t 2 的取值为2 0 0 ，1 0 0 比较合理。 针对其他长度的t 1 ，t 2 的选取可以用试凑法，测试多组数据比较 选取较好的。选取的原则就是在保证数据传输可以正常进行的前 提下选取较小值。 从图3 5 的时序图可以看出如下关系： 设帧长度为n 1 字节，应答长度为n 2 字节，数据传输速率为r b p s 。 则传输一段数据的总耗时 t s 2 t 1 + f n l + n 2 ) 8 io r 810 0 0 ( m s ) ( 3 - 5 3 ) 而传输效率反比于传输时间，在n 1 ，n 2 ，r 取值一定时，传输 效率也即反比于t 1 ，则t 1 选取的越小传输效率越高。而延时t 2 是 为了保证通信过程中，在收方转变为发送模式之前，发方仍处于发 送模式，同时也要保证在对方数据发出之前转变为接收模式，它与 传输效率无关。它的选取只要满足关系式3 5 - 1 即可。 基于p s t n 的远程在系统编程数据校验 第四章数据校验 4 1 数据校验的必要性 在实际的通信系统中，往往不可能保证通信的1 0 0 可靠性， 差错主要来自通信设备和传输媒质两个方面。对数字通信设备而言， 有很好的可靠性和稳定性，其本身产生差错的可能性是很少的。至 于传输媒质，由于干线采用了光缆，也很少有差错。因此差错主要 来自传输媒质中的模拟本地环路以及无线通信环境。原因在两个方 面：一是媒质的传输特性限制，使传输的数据信号产生幅度失真、 相位失真和频率偏移，导致码间干扰；二是各种外界干扰( 雷电、 火花) 引起突发差错，造成一串数据信息的破坏。通常电话专线的 信道误码率( 含m o d e m ) 是1 0 一1 0 一。电话交换网的信道误码 率是1 0 - - 31 0 ，而本系统能完成其功能的基本条件就是要保证i s p 文件的正确传输，没有了正确的i s p 文件，接下来的p l d 器件编程就 成了无源之水、无本之木。因此在文件传输过程中一定要加入数据 校验。 4 2c r c 简介 数据校验有很多方法，比如使用奇偶监督码、恒比码、重复码、 循环码等。但是c r c 的优点已经使之成为目前最常用的数据校验的 方法。c r c 计算可以靠专用的硬件来实现，但是本系统希望利用廉 价的单片机完成c r c 校验，因而是一种既没有专用硬件支持又没有 强大软件支持的c r c 检验，这里关键的问题就是如何占用尽可能少 墼堡垒鉴 苎三! ! 型塑墨塑垄墨竺堡矍 的软件资源和尽可能少的运算时间来完成c r c 计算，也就是c r c 的 算法问题。 c r c 校验的基本思想是利用线性编码理论，在发送端根据要传 送的k 位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的监督码( 即 c r c 码) r 位，并附在信息后边，构成一个新的二进制码序列数共( k + r ) 位，最后发送出去。在接收端，则根据信息码和c r c 码之间所遵循 的规则进行检验，以确定传送中是否出错。 1 6 位的c r c 码产生的规则是先将要发送的二进制序列数左移1 6 位( 即乘以2 ”) 后，再除以一个多项式，最后所得到的余数即是c r c 码，如式( 4 2 - 1 ) 式所示，其中b ( x ) 表示n 位的二进制序列数，g ( x ) 为生成多项式，q ( x ) 为整数，r ( x ) 是余数( 即c r c 码) 。 墨幽：竺：p f x ) + 墨盟( 4 2 1 ) g ( z ) g ( 肖) 。求c r c 码所采用模2 加减运算法则，即 是不带进位和借位的按位加减，这种加减运算实际上就是逻辑上的 异或运算，加法和减法等价，乘法和除法运算与普通代数式的乘除 法运算是一样，符合同样的规律。生成c r c 码的多项式如下，其中 c r c 1 6 和c r c c c i t t 产生1 6 位的c r c 码，而c r c 一3 2 则产生的 是3 2 位的c r c 码。本设计采用的是c r c c c i t t ，所以本章不讨论3 2 位的c r c 算法。 c r c 1 6 ：( 美国b i s y n c 中采用)g ( x ) = x “+ z ”+ 2 + 1 c r c c c i t t ：( 由欧耖 ic c i t t 推荐)g ( z ) = x “十z ”+ 5 + 1 苎主! ! 型堕堡堡垄墨竺塑矍 墼塑堡竺 接收方将接收到的二进制序列数( 包括信息码和c r c 码) 除以 多项式，如果余数为0 ，则说明传输中无错误发生，否则说明传输 有误，关于其原理这里不再赘述。用软件计算c r c 码时，接收方也 可以将接收到的信息码求c r c 码，比较结果和接收到的c r c 码是 否相同来判断接收数据的正确与否。 4 3 按字节计算c r c 不难理解，对于一个二进制序列数可以按字节表示为式( 4 。3 一1 ) ， 其中鼠( z ) 为一个字节( 共8 位) 。 b ( ) = b o ( x ) 2 踟+ b ( z ) 2 8 卜1 + + b i ( 工) 2 8 + b o ( )( 4 - 3 1 ) 求此二进制序列数的c r c 码时，先乘以2 ”后( 即左移1 6 位) ， 再除以多项式g ( x ) ，所得的余数既是所要求的c r c 码。如式( 4 3 2 ) 所示： 里! 兰2 ：三1 1 ：堡! 兰2 ：三! 2 s 一+ 堡二! ! 墨2 ：! ! 2 s ( “) + + 堡! 茎! ：兰!( 4 - 3 2 ) 6 ( x )g ( x )c ( x )g ( x ) 可以设：篙茅吲卅器( 4 - 3 - 3 ) 其中q ( x ) 为整数，兄( 工) 为1 6 位二进制余数。将式( 4 3 3 ) 代入 式( 4 - 3 2 ) 得： 等嘏c m 器m 茅z s + 篙茅 吃c 删笔茅+ 茅 跏_ 1 ) + + 等( 4 - 3 - 4 ， 因为： r 。( z ) 2 8 = 【r 。( x ) 2 8 + r 。8 ( ) 2 8 羔堕塑塑l 一 苎王! ! 翌竺垩堡垄墨竺堕塑 = j 0 8 ( x ) 2 ”+ r “。( x ) - 2 8( 4 3 5 ) 其中兄。( z ) 是b ( z ) 的高八位，乜。( 工) 是b ( 彳) 的低八位。将式 ( 4 - 3 5 ) 代入式( 4 3 4 ) ，经整理后得： 等嘣删w 篙茅+ 监筹型m 8 ”+ + 蒜 ( 4 3 6 ) 再设：锚茅+ 睑铲缘艄) + 措 ( 4 - 3 - 7 ) g ( z )g ( z 1”。g r 1 。 其中q 一。( x ) 为整数，月。) 为1 6 位二进制余数。将式( 4 3 7 ) 代 入式( 4 3 6 ) ，如上类推，最后得： 等吲删_ l ( 删”1 ) 十+ q o ( m 而r o ( x ) ( 4 - 3 _ 8 ) 很显然，十六位二进制数r 。( 爿) 即是我们要求的c r c 码。 式( 4 3 7 ) 是编写按字节计算c r c 程序的关键，它说明计算本字 节后的c r c 码等于上一字节余式c r c 码的低8 位左移8 位后，再 加上上一字节c r c 右移8 位( 也即取高8 位) 和本字节之和左移1 6 位后所求得的c r c 码，如果我们把8 位二进制序列左移1 6 位后所 得数的c r c 全部计算出来，放入一个表里，采用查表法，可以大大 提高计算速度。由此不难理解下面按字节求c r c 码的c 语言程序。 * p t r 指向发送缓冲区的首字节，l e n 是要发送的总字节数，c r c 余式 表是按o x l l 0 2 1 多项式求出的。 u n s i g n e di n tc a l _ c r c ( u n s i g n e dc h a r + p t r , u n s i g n e d c h a rl e n ) f u n s i g n e di n tc r c ； u n s i g n e dc h a rd a ； 基于p s t n 的远程在系统编程数据校验 u n s i g n e di n tc r ct a 2 5 6 = f 卓c r c 余式表+ o x 0 0 0 0 ，0 x 1 0 2 1 ，0 x 2 0 4 2 ，0 x 3 0 6 3 ，0 x 4 0 8 4 ，0 x 5 0 a 5 ，0 x 6 0 c 6 ，0 x 7 0 e 7 ，0 x 8 1 0 8 ，0 x 9 1 2 9 ， 0 x a l 4 a ，o x b l 6 b ，o x c l 8 c ，0 x d l a d ，0 x e l c e ，o x f l e f ，o x1 2 3 1 ，0 x 0 2 1 0 ，0 x 3 2 7 3 ，0 x 2 2 5 2 ，0 x 5 2 b 5 ， 0 x 4 2 9 4 ，0 x 7 2 t 7 ，0 x 6 2 d 6 ，0 x 9 3 3 9 ，0 x 8 3 l8 ，0 x b 3 7 b ，0 x a 3 5 a , 0 x d 3 b d ，0 x c 3 9 c ，0 x t 3 i f , 0 x e 3 d e ， 0 x 2 4 6 2 ，0 x 3 4 4 3 ，0 x 0 4 2 0 ，0 x 1 4 0 1 ，0 x 6 4 e 6 ，0 x 7 4 c 7 ，0 x 4 4 a 4 ，0 x 5 4 8 5 ，0 x a 5 6 a ，0 x b 5 4 b ，0 x 8 5 2 8 ， 0 x 9 5 0 9 ，0 x e 5 e e ，o x f s c q0 x c 5 a c ，0 x d 5 8 d ，0 x 3 6 5 3 ，0 x 2 6 7 2 ，0 x 1 6 1l ，0 x 0 6 3 0 ，o x 7 6 d 7 ，0 x 6 6 f 6 ， 0 x 5 6 9 5 ，0 x 4 6 b 4 ，0 x b 7 5 b ，0 x a 7 7a ，0 x 9 7 1 9 ，0 x 8 7 3 8 ，0 x 1 7 d f , 0 x e 7 f e ，0 x d 7 9 d ，0 x c 7 b c ，0 x 4 8 c 4 ， 0 x 5 8 e 5 ，0 x 6 8 8 6 ，0 x 7 8 a 7 ，0 x 0 8 4 0 ，0 x 1 8 6 1 ，0 x 2 8 0 2 ，0 x 3 8 2 3 ，0 x c 9 c c ，0 x d 9 e d ，0 x e 9 8 e ，0 x 9 a f , 0 x 8 9 4 8 ，0 x 9 9 6 9 ，o x a g o a ，0 x b 9 2 b ，0 x s a f 5 ，0 x 4 a d 4 ，o x 7 a b 7 ，o x 6 a 9 6 ，0 x l a 7 1 ，0 x o a 5 0 ，o x 3 a 3 3 ， 0 x 2 a 1 2 ，0 x d b f d ，0 x c b d c ，0 x f b b f , o x e b 9 e ，0 x 9 b 7 9 ，0 x 8 b 5 8 ，0 x b b 3 b ，0 x a b la ，0 x 6 c a 6 ，0 x 7 c 8 7 ， 0 x 4 c e 4 ，0 x