单片机监控程序的实现

1　引　言

在调试单片机应用系统时，需要反复地修改用户程序，为了避免频繁地使用编程器写存储芯片，可以编制单片机监控程序，单片机的监控程序接收来自PC机的用户程序，PC机向单片机发送用户程序。

2　用户程序格式

用户将单片机源程序（．asm文件）汇编后形成．hex格式的文件，该文件即为发送至单片机的十六进制可执行文件。该文件的结构是：由多行构成，行头为起始符（：），然后是该行有效数据字节数（满行时该数为10，即十进数16），接下来为两字节地址及00，接着是有效数据，行尾是校验码及换行符。为了简化单片机监控程序，仅向单片机发送行字节数和有效数据，可用下面的简单C语句从．hex文件中提取字节数和有效数据：
　　fscanf（fp，＂：％2x％4x00＂，＆TranBytes，＆Address）；
　　fscanf（fp，＂％2x＂，＆TranChar）；

3　单片机监控程序的实现

单片机监控程序实现的功能为：接收来自PC机的用户程序，将用户程序放置在用户程序段，当用户程序接收完毕后，跳转至用户程序段首地址以执行用户程序。接收采用单字节方式，即每次只接收一个字节。

为了保证单片机接收用户程序的准确性，在接收用户程序之前需要进行握手。笔者所用的握手协议为：PC机发0x55，单片机收0x55后发回0x55给PC 机，上位PC机收0x55后再发0xaa，单片机收0xaa后发回，PC机收0xaa后握手成功，转为发用户程序，单片机转为接收用户程序。

为了防止单片机监控程序被破坏，需将其固化在EPROM里。笔者所用的80C196系统，将地址2000H－7FFFFH固化，监控程序从2080开始。这样一来又涉及到如何使用中断向量的问题。可以这样解决：在中断向量地址中放入8000之后的地址，举例说明，在串行中断向量地址放入8030H，当要使用串行中断时，在8030中PUSHF和LJMP指令，在8032中放入跳转字节数。

利用串行中断，单片机接收用户程序为逐行接收（见前叙．hex文件的结构）。先接收本行要接收的字节个数，然后才将接受的有效数据写入用户程序段，当接受的有效数据数等于该行要接收的字节个数时，准备接收下一行，如此反复，如果某行要接收的字节数为0，则表明用户程序已经传完，将用户程序段首址压入堆栈再弹出（改变中断返回地址技术），以执行用户程序，如图1所示。

4　Win98平台串行通信的实现

现在PC机的应用程序绝大多数都是基于Win98，在进行串行通信时可以通过调用API函数来实现。API函数提供了对串口的各种操作。串口通信时通过 CreateFile，GetCommState，SetCommState，WriteFile，ReadFile，CloseHandle以及超时函数GetCommTimeouts，SetCommTimeouts来实现。利用CreateFile函数打开串口，获取串口句柄， CloseHandle关闭串口句柄，利用GetComm-State和SetCommState对通信参数进行设置，WriteFile及 ReadFile可对串口进行读写。在TC环境下，对串口的操作方式有两种：查询方式和中断方式。在VC环境下，对串口的操作方式可有多种：查询方式，同步I／O方式，异步I／O方式，以及事件驱动I／O方式。笔者采用的是异步I／O方式，它可以让串口操作在后台执行。让读写串口操作有足够的时间在后台执行。使用异步I／O方式时，采用如下方式打开串口：
　　HANDLE m＿hCom＝CreateFile（＂COM2＂，GENERIC＿READ｜GENERIC＿WRITE，0，NULL，OPEN＿EXISTING，FILE＿FLAG＿OVERLAPPED，NULL）；
　　FILE＿FLAG＿OVERLAPPED指明串口为异步方式打开。此时可以分别在WriteFile和ReadFile的最后一个参数中指定一个OVERLAPPED结构，如下所示：
    OVERLAPPED m＿OverlappedWrite，　　　　　
　　m＿OverLappedRead；
　　m＿OverlappedWrite．hEvent＝CreateEvent（NULL，TRUE，FALSE，NULL）；
　　m＿OverlappedRead．hEvent＝CreateEvent（NULL，TRUE，FALSE，NULL）；
　　CreateEvent函数创建一个有名或无名的事件对象，第一个参数为保密属性，设为NULL，第二个参数为TRUE，指明要用ResetEvent函数将事件设为无信号，若为FALSE，则在一个等待该事件的线程被释放后系统自动将其设置为无信号，第三个参数设事件初始为无信号，第四个参数设事件名为 NULL。在读写操作中使用事件：
　　WriteFile（m＿hCom，＆WriteBuffer，nByteToWrite，＆nByteWritten，＆m＿OverlappedWrite）
　　ReadFile（m＿hCom，＆ReadBuffer，nByteToRead，＆nByteRead，＆m＿OverlappedRead）

当WriteFile接手控制时m＿OverlappedWrite．hEvent为无信号，读操作完成后，m＿OverlappedWrite． hEvent变为发信号状态，写操作完成类似。在使用ReadFile和WriteFile对串口进行读写时需要注意的是，这两个函数均为立即返回型函数，亦即，可能在实际的读写操作还没有完成时函数就返回，操作转入后台，但这并不表明实际的操作失败。如果返回错误代码为ERROR＿IO＿PENDING （通过调用GetLastError获取），说明读写操作仍在进行，这时事件仍然为无信号，为了显式地限定前台等待操作的时间，可以进行延时处理，调用 GetTickCount，GetTickCount（）函数获取系统当前时间，类似于C中的biostime（）函数。可以通过调用 GetOverlappedResult获取后台的操作情况，该函数报告最近一次OVERLAPPED操作的结果，函数原型如下：　
    BOOLGetOverlappedResult（
    HANDLEhFile，     ／／文件句柄
    LPOVERLAPPEDlpOverlapped，
　　                 ／／OVERLAPPED结构指针
    LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred，　
                  　／／实际完成的字节数
    BOOLbWait
                   ／／等待标志　）；

在进行串口读写时，hFile为串口句柄，lpOverlapped是该函数等待的事件，lpNumberOfBytesTransferrd为实际读写完成的字节数，当bWait为TRUE时，该函数等待读写操作完成后返回，bWait为FALSE时函数立即返回。关于以上两个函数的使用，参看如下程序代码：
if（！WriteFile（m＿hCom，＆WriteBuffer，nByteToWrite，＆nByteWritten，＆m＿OverlappedWrite））｛
if（GetLastError（）＝＝ERROR＿IO＿PENDING）　
｛
    endtime＝GetTickCount（）＋1000；　／／延时1000 ms　　
    while（！GetOverlappedResult（m＿hCom，＆m＿OverlappedWrite＆nByteWritten，FALSE））　
｛　
  　if（GetTickCount（）＞endtime）　break；
　 ｝
 ｝　
if（nByteWritten）　　　　
   　　／／处理所读的字节
 ｝

函数ReadFile的调用可以类似地处理，进行延时处理后，就可以等到读写操作完成之后再执行后续程序。为了应用的方便，可以通过调用API函数，编写自己的串口操作类库来完成实际的需要。

5　结　语

本文介绍的单片机监控程序及串行通信方法简单，易于实现，程序运行稳定。

参　考　文　献
 
1　汪建，孙开放，章述汉．MCS－96系列单片机原理及应用技术．武昌：华中理工大学出版社，1999
2　Peter Norton，Rob McGregor．MFC开发Windows95／NT4应用程序．北京：清华大学出版社，1998
3　谭浩强．C程序设计．北京：清华大学出版社，1998