基于Lua腳本語(yǔ)言的嵌入式UART通信方案設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)變電站中采用UART串口通信規(guī)約進(jìn)行信息傳遞的各種外圍設(shè)備，在需要與其進(jìn)行通信的IED智能裝置的開(kāi)發(fā)中，設(shè)計(jì)了一種基于Lua腳本語(yǔ)言的嵌入式通信方案。通過(guò)該方案，可將具體串口報(bào)文規(guī)約的組建和解析交給Lua腳本進(jìn)行處理，使設(shè)計(jì)者在具體裝置的軟件開(kāi)發(fā)中，僅關(guān)注其與外圍設(shè)備以及Lua腳本間交互接口的設(shè)計(jì)，而不用關(guān)心具體的串口通信規(guī)約，從而提供了一種裝置串口通信的現(xiàn)場(chǎng)可配置化方案，提高了裝置應(yīng)用的靈活性。
關(guān)鍵詞：Lua；UART；串口通信；智能電子設(shè)備

引言
隨著變電站智能化程度的逐步提高，對(duì)溫度、濕度等現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)參量的采集需求也越來(lái)越多。就目前而言，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，此類(lèi)設(shè)備多采用RS232或RS485等UART串行通信方式和IED(Intelligent Electronic Device，智能電子設(shè)備)裝置進(jìn)行交瓦。一般來(lái)說(shuō)，不同的設(shè)備采用的通信數(shù)據(jù)幀格式并不相同。各式各樣的串口數(shù)據(jù)幀格式，對(duì)IED裝置的軟件定型造成一定的困難。傳統(tǒng)的做法一般是由裝置生產(chǎn)廠家指定和其配套的外圍設(shè)備，裝置的靈活性不夠理想。本文針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，提出了一種基于Lua腳本語(yǔ)言的解決方案，可有效地提高IED裝置對(duì)各種類(lèi)型
串口數(shù)據(jù)報(bào)文幀格式的適應(yīng)性。該方案將具體串口報(bào)文規(guī)約的組建和解析交給Lua腳本進(jìn)行處理，從而使設(shè)計(jì)者在裝置的軟件開(kāi)發(fā)中，可僅關(guān)注于相關(guān)接口的設(shè)計(jì)，而不用關(guān)心具體的串口通信規(guī)約，從而方便軟件的定型，并提高了裝置自身在應(yīng)用中的靈活性。

1 Lua腳本語(yǔ)言介紹
Lua是一種源碼開(kāi)放的、免費(fèi)的、輕量級(jí)的嵌入式腳本語(yǔ)言，源碼完全采用ANSI(ISO)C。這一點(diǎn)使它非常適合融入目前以C語(yǔ)言為主的嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境之中。兩者之間實(shí)現(xiàn)交互的關(guān)鍵在于一個(gè)虛擬的棧，通過(guò)該虛擬棧和Lua提供的可對(duì)該棧進(jìn)行操作的相關(guān)接口函數(shù)，可以很方便地在它們之間實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型數(shù)據(jù)的傳遞。
與其他腳本語(yǔ)言(如Perl、Tcl、Python等)相比，Lua表現(xiàn)出了足夠的簡(jiǎn)單性以及非常高的執(zhí)行效率，結(jié)合其與平臺(tái)的高度無(wú)關(guān)以及充分的可擴(kuò)展性，這使得它越來(lái)越多地得到大家的關(guān)注。因此，在本文的方案中優(yōu)先選用Lua腳本來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)方案概述
本方案主要是圍繞著IED裝置和外圍串口設(shè)備之間的通信來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)框架如圖1所示。

當(dāng)IED裝置開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，將創(chuàng)建一個(gè)用于UART通信的讀寫(xiě)調(diào)度任務(wù)。在該任務(wù)中，首先通過(guò)Lua提供的接口函數(shù)來(lái)啟動(dòng)其腳本引擎，并創(chuàng)建Lua虛擬機(jī)。然后即可將用戶(hù)編寫(xiě)的C函數(shù)注冊(cè)到Lua虛擬機(jī)中去，并將存在于Flash文件系統(tǒng)巾獨(dú)立于裝置C程序的Lua腳本文件加載到虛擬機(jī)中，從而建立起Lua和C的交互環(huán)境。在系統(tǒng)應(yīng)用中，將需要發(fā)送到外圍設(shè)備的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容都放在Lua腳本文件中。當(dāng)裝置C程序需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)通信讀寫(xiě)調(diào)度程序及虛擬機(jī)的配合，將這部分?jǐn)?shù)據(jù)取出，并調(diào)用串口驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送給外圍設(shè)備。當(dāng)收到外圍設(shè)備發(fā)給IED裝置的報(bào)文時(shí)，再將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳給虛擬機(jī)中運(yùn)行的腳小程序進(jìn)行處理，并由Lua根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果來(lái)調(diào)用已注冊(cè)的C函數(shù)進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)處理。