Windows CE設(shè)備與PLC串行通信的實現(xiàn)

1.2 使用多線程和通訊事件來的編程方法

對于桌面Windows來說，串行通信有查詢、重疊I/O、及事件驅(qū)動的三種編程方法可供選擇，由于Windows CE不支持重疊I/O方式，并且考慮到對于接收串口數(shù)據(jù)來說，由于串行通信數(shù)據(jù)到來的時刻通常是隨機(jī)的，采用查詢方式來讀取串口的內(nèi)容將非常浪費嵌入式系統(tǒng)寶貴的CPU時間和系統(tǒng)資源。所以需要采用多線程與通訊事件結(jié)合的方法，以提高程序的執(zhí)行效率并減少系統(tǒng)的資源消耗。

當(dāng)串行通信建立起來之后，創(chuàng)建一個線程專門進(jìn)行串口的讀操作。在該線程內(nèi)部通過調(diào)用Windows CE平臺提供的API函數(shù)WaitCommEvent來等待通信事件的發(fā)生，當(dāng)串口上沒有數(shù)據(jù)到來時，WaitCommEvent的內(nèi)部操作會使該線程被操作系統(tǒng)掛起，從而不占用系統(tǒng)運行時間。當(dāng)串行通信上有數(shù)據(jù)到來時，該線程又會被系統(tǒng)調(diào)度，轉(zhuǎn)到運行模式接收串行的數(shù)據(jù)。這樣從而實現(xiàn)自動高效的接收串行數(shù)據(jù)。

對于發(fā)送串行數(shù)據(jù)來說，發(fā)送什么數(shù)據(jù)和什么時刻進(jìn)行發(fā)送都是根據(jù)使用的要求來設(shè)計，可以把串行通信設(shè)計成半雙工或者全雙工式。要在Windows CE下實現(xiàn)全雙工通信需要再建立一個發(fā)送線程直接進(jìn)行向串口發(fā)送數(shù)據(jù)即可，這就在桌面Windows平臺下實現(xiàn)全雙工通信的方式有所不同，在桌面 Windows下串行通信的全雙工通信不能直接使用兩個線程同時進(jìn)行接收，只能通過重疊I/O的方式進(jìn)行，否則會因為讀“線程”的對串口資源的等待而造成 “寫線程”發(fā)生“死鎖”的現(xiàn)象。但在Windows CE下由于其線程調(diào)度機(jī)制的不同,不需要使用也不支持重疊I/O的方式，讀寫兩個線程可以同時“并行”而并不會發(fā)生“死鎖”[5]。具體的分析可以參考文獻(xiàn)5的關(guān)于Windows CE線程調(diào)用的分析，在這里由于篇幅的關(guān)系就不做詳述。通過上面的分析可以看出在Windows CE下實現(xiàn)串行通信全雙工通信比桌面Windows 平臺下編程更為簡單，通信的實時性、效率也更高。

1.3 在Windows CE內(nèi)部全部使用Unicode 編碼，發(fā)送字符串時要進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換

由于Windows CE的內(nèi)核全部是采用Unicode編碼來編寫的，即不同于ANSI的單個字節(jié)進(jìn)行編碼的方式，所以通過串行通信發(fā)送字符串時，需要在兩種編碼之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對于ASCII字符可以把單個字節(jié)的字符通過在高字節(jié)補(bǔ)零直接擴(kuò)展為兩個字節(jié)，對于非ASCII字符則可以通過調(diào)用Windows CE的API函數(shù)MultiByteToWideChar及WideCharToMultiByte來實現(xiàn)非Unicode字符向Unicode字符的轉(zhuǎn)換。

2 Windows CE系統(tǒng)設(shè)備與PLC組成的串口通信的實現(xiàn)

由上面的分析可知，Windows CE系統(tǒng)對串行通信提供了強(qiáng)有力的支持。通過在應(yīng)用程序中使用多線程并結(jié)合其串行通信API就可以很方便的實現(xiàn)全雙工或半雙式形式的串行通信。針對PLC 提供的串行通信功能較簡單，編程不方便的特點，需要在Windows CE設(shè)備一端設(shè)計出更靈活并適合于PLC通信的通信方式來完成其的通信要求。具體到數(shù)控切紙中應(yīng)用中，PC104是上位機(jī)即Windows CE設(shè)備，當(dāng)與PLC進(jìn)行通信時，由于操作命令和用戶輸入都由是上位機(jī)發(fā)起的，通過實現(xiàn)一種PC104發(fā)起PLC應(yīng)答的半雙工的串行通信方式就可以滿足對數(shù)控切紙機(jī)的電氣和運動控制的需要，并且較之全雙工的通信方式也更節(jié)約系統(tǒng)資源。下面就對PLC端的串行通信形式和特點做一下說明。并對Windows CE設(shè)備與PLC結(jié)合進(jìn)行通信的程序流程和通信協(xié)議進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2.1 PLC端的通信協(xié)議的分析

對于PLC來講，市場上主流PLC的都提供基本相近的通信功能，本文就舉三菱公司的FX2n系列PLC對其的串行通信進(jìn)行說明。根據(jù)使用的通信模塊與協(xié)議不同F(xiàn)X2n系列PLC的串行通信可以有分為以下兩種通信模式[3][4]：

1）專有協(xié)議的串行通信方式

在這種通信方式下，無須使用梯形圖，通信發(fā)起端可以直接讀寫操縱PLC內(nèi)部的單元，但必須通過PLC指定的通信協(xié)議（dedicated protocol），通信的效率較低，實時性不夠，上下位機(jī)的獨立性不夠好。

2）無協(xié)議串行通信方式（RS指令方式）

這種通信方式使用專用通信模塊FX2N-232-DB與PLC連接，在PLC的梯形圖程序中采用RS指令方式來驅(qū)動串行通信。RS指令舉例如下表所示：

通過RS指令可自定義通信協(xié)議，通信過程簡單，系統(tǒng)實時性高。對嵌入式系統(tǒng)來說通常要采用在該協(xié)議下完成的串行通信。