单片机监控程序的实现
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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