Windows CE設(shè)備與PLC串行通信的實(shí)現(xiàn)

1.2 使用多線程和通訊事件來(lái)的編程方法

對(duì)于桌面Windows來(lái)說(shuō)，串行通信有查詢、重疊I/O、及事件驅(qū)動(dòng)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(duì)于接收串口數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，由于串行通信數(shù)據(jù)到來(lái)的時(shí)刻通常是隨機(jī)的，采用查詢方式來(lái)讀取串口的內(nèi)容將非常浪費(fèi)嵌入式系統(tǒng)寶貴的CPU時(shí)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(lái)之后，創(chuàng)建一個(gè)線程專門(mén)進(jìn)行串口的讀操作。在該線程內(nèi)部通過(guò)調(diào)用Windows CE平臺(tái)提供的API函數(shù)WaitCommEvent來(lái)等待通信事件的發(fā)生，當(dāng)串口上沒(méi)有數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，WaitCommEvent的內(nèi)部操作會(huì)使該線程被操作系統(tǒng)掛起，從而不占用系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。當(dāng)串行通信上有數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，該線程又會(huì)被系統(tǒng)調(diào)度，轉(zhuǎn)到運(yùn)行模式接收串行的數(shù)據(jù)。這樣從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)高效的接收串行數(shù)據(jù)。

對(duì)于發(fā)送串行數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，發(fā)送什么數(shù)據(jù)和什么時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送都是根據(jù)使用的要求來(lái)設(shè)計(jì)，可以把串行通信設(shè)計(jì)成半雙工或者全雙工式。要在Windows CE下實(shí)現(xiàn)全雙工通信需要再建立一個(gè)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(tái)下實(shí)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(gè)線程同時(shí)進(jìn)行接收，只能通過(guò)重疊I/O的方式進(jìn)行，否則會(huì)因?yàn)樽x“線程”的對(duì)串口資源的等待而造成 “寫(xiě)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(xiě)兩個(gè)線程可以同時(shí)“并行”而并不會(huì)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(guò)上面的分析可以看出在Windows CE下實(shí)現(xiàn)串行通信全雙工通信比桌面Windows 平臺(tái)下編程更為簡(jiǎn)單，通信的實(shí)時(shí)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(shí)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(lái)編寫(xiě)的，即不同于ANSI的單個(gè)字節(jié)進(jìn)行編碼的方式，所以通過(guò)串行通信發(fā)送字符串時(shí)，需要在兩種編碼之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對(duì)于ASCII字符可以把單個(gè)字節(jié)的字符通過(guò)在高字節(jié)補(bǔ)零直接擴(kuò)展為兩個(gè)字節(jié)，對(duì)于非ASCII字符則可以通過(guò)調(diào)用Windows CE的API函數(shù)MultiByteToWideChar及WideCharToMultiByte來(lái)實(shí)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(shí)現(xiàn)

由上面的分析可知，Windows CE系統(tǒng)對(duì)串行通信提供了強(qiáng)有力的支持。通過(guò)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(shí)現(xiàn)全雙工或半雙式形式的串行通信。針對(duì)PLC 提供的串行通信功能較簡(jiǎn)單，編程不方便的特點(diǎn)，需要在Windows CE設(shè)備一端設(shè)計(jì)出更靈活并適合于PLC通信的通信方式來(lái)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(shí)，由于操作命令和用戶輸入都由是上位機(jī)發(fā)起的，通過(guò)實(shí)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(duì)數(shù)控切紙機(jī)的電氣和運(yùn)動(dòng)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(duì)PLC端的串行通信形式和特點(diǎn)做一下說(shuō)明。并對(duì)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(duì)于PLC來(lái)講，市場(chǎng)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(duì)其的串行通信進(jìn)行說(shuō)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(wú)須使用梯形圖，通信發(fā)起端可以直接讀寫(xiě)操縱PLC內(nèi)部的單元，但必須通過(guò)PLC指定的通信協(xié)議（dedicated protocol），通信的效率較低，實(shí)時(shí)性不夠，上下位機(jī)的獨(dú)立性不夠好。

2）無(wú)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(lái)驅(qū)動(dòng)串行通信。RS指令舉例如下表所示：

通過(guò)RS指令可自定義通信協(xié)議，通信過(guò)程簡(jiǎn)單，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性高。對(duì)嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)通常要采用在該協(xié)議下完成的串行通信。