Windows 2K平臺下多機(jī)通信卡

摘要：在工業(yè)現(xiàn)場，監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常采用RS-485/423/422通信標(biāo)準(zhǔn)。然而，在Windows2K平臺下，復(fù)雜的多機(jī)通信和大數(shù)據(jù)量的傳輸會加重計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。作者采用自制的多機(jī)通信卡解決了這一問題。本文介紹了Windows2K平臺下多機(jī)通信的基本原理，論述了多機(jī)通信卡的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步闡述了驅(qū)動程序設(shè)計(jì)的一般原則。

關(guān)鍵詞：RS-485，單片機(jī)，多機(jī)通信，WDM

1引言

在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，為保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，從機(jī)經(jīng)常采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口同主機(jī)進(jìn)行通信。通常，主機(jī)是一臺安裝有Windows9X、WinNT或Windows2K等操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。從機(jī)為8051單片機(jī)系統(tǒng)，8051串行口的輸入輸出為TTL電平，抗干擾性較差，只能在幾米的范圍之內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。

為了增強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)串行總線接口。若將串行口的輸入輸出電平轉(zhuǎn)換成目前流行的RS-485標(biāo)準(zhǔn)串行總線接口，那么主機(jī)也必須完成相應(yīng)的RS-485轉(zhuǎn)換接口。普遍采用的做法是給計(jì)算機(jī)外接一個RS-485/232轉(zhuǎn)換接口卡，利用現(xiàn)有的RS-232接口完成主機(jī)同從機(jī)之間的通信。

在單機(jī)通信的情況下，這種做法是可以的。但是在多機(jī)通信中，實(shí)現(xiàn)起來非常麻煩，而且會大量占用計(jì)算機(jī)CPU的時間。下面介紹Windows平臺實(shí)現(xiàn)通信的幾種基本方式，以及開發(fā)多機(jī)通信卡的方法和技巧。

2Windows平臺下多機(jī)通信方式

利用計(jì)算機(jī)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個可尋址寄存器供CPU讀/寫，實(shí)現(xiàn)與外界的數(shù)據(jù)通信，制動通信協(xié)議和提供通信狀態(tài)信息。這樣，可以滿足單機(jī)通信的要求。

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

在多機(jī)通信時，8051的幀格式是11位，其中第9位是SCON中的TB8，它是多機(jī)通信時發(fā)送地址（TB8=1）或發(fā)送數(shù)據(jù)（TB8=0）的標(biāo)志。

計(jì)算機(jī)的串行通信接口芯片8250并不具有多機(jī)通信的功能，也不能產(chǎn)生類似8051的TB8。為了完成多機(jī)通信的功能，一般的實(shí)現(xiàn)方式是：

計(jì)算機(jī)給每臺8051單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送9位數(shù)據(jù)，查詢是否有要發(fā)送的數(shù)據(jù)，并等待應(yīng)答。若有，則接收數(shù)據(jù)；沒有，則繼續(xù)查詢下一臺。由此可以看出，這種通信方式速度是很慢的（如果有一臺8051長時間沒有響應(yīng)，則耗時更長），而且也并不可靠，從機(jī)的臺數(shù)越多則計(jì)算機(jī)的資源浪費(fèi)就會越嚴(yán)重。這種實(shí)現(xiàn)方式效率不高，不能滿足我們的通信要求。

因此，直接利用計(jì)算機(jī)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(fù)擔(dān)，采用自行設(shè)計(jì)的智能通信卡，利用中斷方式的通信（這里指的是從機(jī)與通信卡之間的通信方式），來解決這個問題。

3通信卡與多個8051通信的原理

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

具體的實(shí)現(xiàn)方案如圖1所示。

圖示的這種硬件結(jié)構(gòu)，使從機(jī)解放出來，平時不必處于監(jiān)聽狀態(tài)。當(dāng)計(jì)算機(jī)要求通信時，可以利用多機(jī)通信卡的處理器向從機(jī)發(fā)出中斷信號，即通信卡通過3487（TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平），從機(jī)通過3486（RS-485電平轉(zhuǎn)換為TTL電平）進(jìn)行從機(jī)中斷信號聯(lián)系。從機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，則關(guān)閉外部中斷，保護(hù)現(xiàn)場，監(jiān)聽主機(jī)發(fā)送的地址信號，并對其進(jìn)行識別，如果與本機(jī)地址相符，取消監(jiān)聽，進(jìn)入通信狀態(tài)。

通信卡與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信是通過數(shù)據(jù)接口和譯碼電路實(shí)現(xiàn)的。該接口卡利用中斷方式與計(jì)算機(jī)通信，即通信卡向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷請求，計(jì)算機(jī)接收到相應(yīng)中斷請求后，執(zhí)行數(shù)據(jù)收發(fā)的任務(wù)。其中，計(jì)算機(jī)對通信卡的訪問是利用內(nèi)存映射方式實(shí)現(xiàn)的。

4通信卡設(shè)計(jì)

該通信卡基于ISA總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它的設(shè)計(jì)主要分為三個部分：地址譯碼電路、數(shù)據(jù)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(tǒng)一編址的方式（也就是給每一個I/O端口分配一個存儲器地址），I/O端口的尋址信號由地址總線通過譯碼得到。CPU用存儲器讀寫指令對I/O接口進(jìn)行讀寫，此時，I/O端口的讀寫操作控制信號采用存儲器讀（MEMR）和存儲器寫（MEMW）信號。而在通信卡上為實(shí)現(xiàn)內(nèi)存映射就必須完成相應(yīng)的譯碼轉(zhuǎn)換，也就是將對應(yīng)的雙口RAM地址與分配的地址空間對應(yīng)起來，實(shí)現(xiàn)地址的轉(zhuǎn)換。

實(shí)現(xiàn)時，采用動態(tài)配置內(nèi)存映射設(shè)備，改變內(nèi)存映射端口的地址也相對方便，比老式的ISA[1]接口用跳線配置要優(yōu)越些。該雙口RAM為8K，但計(jì)算機(jī)能夠訪問的只有4K。其中CTRL線是8KRAM的控制線，通過該線可以實(shí)現(xiàn)“乒乓”結(jié)構(gòu)[1]的數(shù)據(jù)傳輸。

（2）數(shù)據(jù)接口電路

數(shù)據(jù)接口電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)線的驅(qū)動功能。盡管很多計(jì)算機(jī)主板的數(shù)據(jù)總線都經(jīng)過驅(qū)動，但為了確?？煽啃裕瑪?shù)據(jù)總線不應(yīng)直接與雙口RAM相連接，而是通過數(shù)據(jù)驅(qū)動器件與數(shù)據(jù)線相連。

（3）控制邏輯電路

控制邏輯電路是與計(jì)算機(jī)通信的核心部分，該部分主要是實(shí)現(xiàn)“乒乓”結(jié)構(gòu)的硬件控制部分。當(dāng)存儲器中的RAM達(dá)到HALFREADY（半滿狀態(tài)）時發(fā)出中斷申請實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，同時，將CTRL狀態(tài)取反，使得計(jì)算機(jī)訪問的是其中的一半，即實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)?ldquo;乒乓”結(jié)構(gòu)。此外，數(shù)據(jù)的讀寫控制也通過控制邏輯實(shí)現(xiàn)。

89C52實(shí)現(xiàn)與從機(jī)多機(jī)通信，同時將得到的數(shù)據(jù)存入雙口RAM中，控制邏輯協(xié)調(diào)RAM的數(shù)據(jù)讀寫工作。

5設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)

在Windows9x下的VxD（虛擬設(shè)備驅(qū)動程序）相比，Windows2K下的WDM（Windows設(shè)備驅(qū)動模型）驅(qū)動程序要復(fù)雜一些。

WDM驅(qū)動程序是分層的，不同層上的驅(qū)動程序有著不同的優(yōu)先級[2]。此外，WDM還引入了FDO（功能設(shè)備對象）與PDO（物理設(shè)備對象）兩個新類來描述硬件。