如何给下位机编写一个简单的上位机？

2021-01-20 14:48

一口Linux

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0、前言

网友提问如下：

本地进程之间pipeshmmsg 消息队列，sem

两个pc之间socket ／unix

raw 套接字：

BSD socket

unix －＞ bill joy bsd分支，

汇总下这个网友的问题，其实就是实现一个网关程序，内容分为几块：

下位机，通过串口与上位机相连；下位机要能够接收上位机下发的命令，并解析这些命令；下位机能够根据这些命令配置对应的外设、读取对应的传感器的数据上传到上位机；主程序串口操作模块：通过串口下发命令或者读取下位机上传的数据信息；主程序网络通信模块：接收远程服务器下发的命令，并将下位机采集的数据上传到服务器。

整体看来，这个相当于是一个小的项目了，内容难度都比较大，下面我们会分为几篇独立的文章来讲解。

本篇只讨论如何给下位机编写一个简单的上位机。

一、环境简介

1．软硬件环境

下位机：CC2530OS：vmware ＋ ubuntu

在这里彭老师采用的是CC2530，读者也可以采用其他的板子，我们只需要该板子有串口，可以和PC通信，同时板子上有可设置的led灯、继电器以及可以采集数据的传感器即可。

2．硬件连接图

硬件连接图如下：

该款CC2530已经集成了CH340芯片，usb线连接电脑，即可被识别。

3． pc下识别串口

如果该串口被PC获取，名字为COMn【n为某整数】。

windows下串口4． ubuntu下识别串口

首先需要vmware抓取串口【串口在同一时刻要么被windows抓取要么被vmware抓取】，按下图所示，点击连接即可：

虚拟机抓取串口

但是往往ubuntu中没有ch340的驱动，经过实际测试，ubuntu14及之前的版本都没有这个驱动，ubuntu16以上的版本有这个驱动。

如果没有ch340驱动可以用以下方法安装对应的驱动：

1 make

2 sudo make load

3 ls ／dev／ttyUSB0

ubuntu安装串口驱动

按照上述步骤，会生成设备文件＊dev／ttyUSB0＊＊。

ls ／dev／ttyUSB0 －l
crw－rw－－－－ 1 root dialout 188， 0 Jan 15 05：45 ／dev／ttyUSB0

c ：字符设备rw－rw－－－－：文件操作权限
188， 0 ：主次设备号

3、4节提到的usb转串口驱动和linux下驱动源码后台【GH】回复 ch340 即可获得

【注意】如果是其他开发板，自行安装其他的串口驱动。

二、模块设计

上位机和下位机的通信往往都是通过串口，linux下往往生成字符设备ttyUSB0【有的是ttyS0】，操作串口设备就只需要操作该字符设备即可。

下面我们设计上下位机的软件模块。

1．信令

设计上位机，首先需要设计上位机下发给下位机的指令格式，上位机按照该指令格式发送命令给下位机，下位需严格按照该指令格式进行解析指令。

含义如下：

device：要操作的设备data ：对应的设备及其额外的数据CRC ：校验码＃：信令终止符

信令格式可以根据需要扩展或者精简。

其中device定义如下【可以根据实际情况进行扩展】：

＃define DEV＿ID＿LED＿ON 0X1
＃define DEV＿ID＿LED＿OFF 0X2
＃define DEV＿ID＿DELAY 0X3
＃define DEV＿ID＿GAS 0X4

【注意】为便于理解，我们暂不考虑效率问题。

2．上传数据

下位机需要采集传感器的数据并通过串口上传，数据结构定义如下：

struct data｛
unsigned char device；
unsigned char crc；
unsigned short data；
｝；
device 设备data 采集的数据crc 校验码3．功能模块

现在就可以开始设计软件的各个功能模块了。

下位机

下位机流程图

下位主要任务就是循环接收上位机通过串口下发的数据，然后解析该指令内容，操作对应的硬件。

上位机

上位机主要任务是打印菜单，由用户针对菜单做出选择，然后按照指令格式封装命令，并通过串口将该命令下发给下位机。

三、下位机功能函数

cc2530的操作原理，本文不讨论，如果是其他开发板，只需要修改串口操作函数。

1． LED初始化＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊名称： InitLed（）
＊功能：设置LED灯相应的IO口
＊入口参数：无
＊出口参数：无
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
void InitLed（void）
｛
P1DIR ｜＝ 0x01；／／P1．0定义为输出口
LED1 ＝ 0；
｝
2．初始化UART＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊名称： InitUart（）
＊功能：串口初始化函数
＊入口参数：无
＊出口参数：无
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
void InitUart（void）
｛
PERCFG ＝ 0x00；／／外设控制寄存器 USART 0的IO位置：0为P0口位置1
P0SEL ＝ 0x0c；／／P0＿2，P0＿3用作串口（外设功能）
P2DIR ＆＝～0xC0；／／P0优先作为UART0

U0CSR ｜＝ 0x80；／／设置为UART方式
U0GCR ｜＝ 11；
U0BAUD ｜＝ 216；／／波特率设为115200
UTX0IF ＝ 0；／／UART0 TX中断标志初始置位0
U0CSR ｜＝ 0x40；／／允许接收
IEN0 ｜＝ 0x84；／／开总中断允许接收中断
｝
3．串口发送函数＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊名称： UartSendString（）
＊功能：串口发送函数
＊入口参数： Data：发送缓冲区 len：发送长度
＊出口参数：无
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
void UartSendString（char ＊Data， int len）
｛
uint i；

for（i＝0； i＜len； i＋＋）
｛
U0DBUF ＝＊Data＋＋；
while（UTX0IF ＝＝ 0）；
UTX0IF ＝ 0；
｝
｝
4．串口中断处理函数＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊名称： UART0＿ISR（void）串口中断处理函数
＊描述：当串口0产生接收中断，将收到的数据保存在RxBuf中
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＃pragma vector ＝ URX0＿VECTOR
＿＿interrupt void UART0＿ISR（void）
｛
URX0IF ＝ 0；／／清中断标志
RxBuf ＝ U0DBUF；
｝
5．烟雾传感器数据读取＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊名称： myApp＿ReadGasLevel（）
＊功能：烟雾传感器数据读取
＊入口参数：无
＊出口参数：无
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
uint16 myApp＿ReadGasLevel（ void ）
｛
uint16 reading ＝ 0；

Enable channel
ADCCFG ｜＝ 0x80；

writing to this register starts the extra conversion
ADCCON3 ＝ 0x87；

Wait for the conversion to be done
while （！（ADCCON1 ＆ 0x80））；

Disable channel after done conversion
ADCCFG ＆＝（0x80 ＾ 0xFF）；

Read the result
reading ＝ ADCH；
reading ｜＝（int16）（ADCH ＜＜ 8）；
reading ＞＞＝ 8；

return （reading）；
｝
6． LED灯控制函数＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊名称： led＿opt（）
＊功能： LED灯控制函数
＊入口参数： RxData：接收到的指令 flage：led的操作，点亮或者关闭
＊出口参数：无
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
void led＿opt（char RxData［］，unsigned char flage）
｛
switch（RxData［1］）
｛
case 1：
LED1 ＝（flage＝＝DEV＿ID＿LED＿ON）？ON：OFF；
break；
TBD for led2 led3

default：
break；
｝
return；
｝
7．主程序＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
＊主程序入口函数
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
void main（void）
｛
CLKCONCMD ＆＝～0x40；／／设置系统时钟源为32MHZ晶振
while（CLKCONSTA ＆ 0x40）；／／等待晶振稳定为32M
CLKCONCMD ＆＝～0x47；／／设置系统主时钟频率为32MHZ
InitLed（）；／／设置LED灯相应的IO口
InitUart（）；／／串口初始化函数
UartState ＝ UART0＿RX；／／串口0默认处于接收模式
memset（RxData， 0， SIZE）；

while（1）
｛
／／接收状态
if（UartState ＝＝ UART0＿RX）
｛／／读取数据，遇到字符＇＃＇或者缓冲区字符数量超过4就设置UartState为CONTROL＿DEV状态
if（RxBuf ！＝ 0）
｛
／／以＇＃＇为结束符，一次最多接收4个字符
if（（RxBuf ！＝＇＃＇）＆＆（count ＜ 4））
｛
RxData［count＋＋］＝ RxBuf；
｝
else
｛
／／判断数据合法性，防止溢出
if（count ＞＝ 4）
｛
／／计数清0
count ＝ 0；
／／清空接收缓冲区
memset（RxData， 0， SIZE）；
｝
else｛
／／进入发送状态
UartState ＝ CONTROL＿DEV；
｝
｝
RxBuf ＝ 0；
｝
｝
／／控制控制外设状态
if（UartState ＝＝ CONTROL＿DEV）
｛
／／判断接收的数据合法性
／／RxData［］：｜ device ｜ data ｜crc ｜＃｜
／／check＿crc： crc ＝ device ＾ data
／／if（RxData［2］＝＝（RxData［0］＾RxData［1］））
｛
switch（RxData［0］）
｛
case DEV＿ID＿LED＿ON ：
led＿opt（RxData，DEV＿ID＿LED＿ON）；
break；
case DEV＿ID＿LED＿OFF：
led＿opt（RxData，DEV＿ID＿LED＿OFF）；
break；
case DEV＿ID＿DELAY：
break；
case DEV＿ID＿GAS：
send＿gas（）；
break；
default：
break；
｝
｝
UartState ＝ UART0＿RX；
count ＝ 0；
／／清空接收缓冲区
memset（RxData， 0， SIZE）；
｝
｝
｝

四、上位机功能函数

结构体

＃define DEV＿ID＿LED＿ON 0X1
＃define DEV＿ID＿LED＿OFF 0X2
＃define DEV＿ID＿DELAY 0X3
＃define DEV＿ID＿GAS 0X4
struct data｛
unsigned char device；
unsigned char crc；
unsigned short data；
｝；

函数

void uart＿init（void ）
｛
int nset1，nset2；
serial＿fd ＝ open（＂／dev／ttyUSB0＂， O＿RDWR）；
if（serial＿fd ＝＝－1）
｛
printf（＂open（） error＂）；
exit（1）；
｝
nset1 ＝ set＿opt（serial＿fd， 115200， 8，＇N＇， 1）；
if（nset2 ＝＝－1）
｛
printf（＂set＿opt（） error＂）；
exit（1）；
｝
｝
int Menu（）
｛
int option；

system（＂clear＂）；
printf（＂＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＂）；
printf（＂＊＊ ALARM SYSTERM ＊＊＂）；
printf（＂＊＊ 1－－－－LED ＊＊＂）；
printf（＂＊＊ 2－－－－GAS ＊＊＂）；
printf（＂＊＊ 0－－－－EXIT ＊＊＂）；
printf（＂＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＂）；
while（1）
｛
printf（＂Please choose what you want：＂）；
scanf（＂％d＂，＆option）；
if（option＜0｜｜option＞2）
printf（＂ choose error！＂）；
else
break；
｝
return option；
｝
／／ RxData［］：｜ device ｜ data ｜crc ｜＃｜
void led（）
｛
int lednum ＝ 0；
int onoff；
char cmd［4］；
／／选择led灯
while（1）
｛
printf（＂input led number ：［1 2］＃＂）；
scanf（＂％d＂，＆lednum）；
／／check
if（lednum＜1 ｜｜ lednum ＞2）
｛
printf（＂invalid led number＂）；
system（＂clear＂）；
continue；
｝else｛
break；
｝
｝
printf（＂operation： 1 on ， 0 off＂）；
scanf（＂％d＂，＆onoff）；
if（onoff ＝＝ 1）
｛
cmd［0］＝ DEV＿ID＿LED＿ON；
｝else if（onoff ＝＝ 0）
｛
cmd［0］＝ DEV＿ID＿LED＿OFF；
｝else｛
printf（＂invalid led number＂）；
return；
｝

cmd［1］＝ lednum；
／／fulfill crc area
cmd［2］＝ cmd［0］＾cmd［1］；
cmd［3］＝＇＃＇；／／表示结束符

tcflush（serial＿fd， TCIOFLUSH）；
int i ＝ 0；
for（i＝0；i＜4；i＋＋）
｛
printf（＂％d ＂，cmd［i］）；
｝
printf（＂＂）；

write（serial＿fd，＆cmd，sizeof（cmd））；

sleep（1）；

｝
／／ RxData［］：｜ device ｜ data ｜crc ｜＃｜
void gas（）
｛
int len ；
unsigned short GasLevel；
struct data msg；
char gas［4］＝｛0｝；
char cmd［4］；

cmd［0］＝ DEV＿ID＿GAS；
cmd［3］＝＇＃＇；／／表示结束符
write（serial＿fd，＆cmd，sizeof（cmd））；
sleep（1）；

len ＝ read（serial＿fd，＆msg，sizeof（struct data））；
／／转换读取的gas数据格式
GasLevel ＝ msg．data；
gas［0］＝ GasLevel ／ 100 ＋＇0＇；
gas［1］＝ GasLevel ／ 10％10 ＋＇0＇；
gas［2］＝ GasLevel ％ 10 ＋＇0＇；
printf（＂％s＂，gas）；
getchar（）；
｝
void run（）
｛
int x；

while（1）
｛
x＝Menu（）；
switch（x）
｛
case 1：
led（）；
break；
case 2：
gas（）；
break；
case 0：
printf（＂ exit！＂）；
close（serial＿fd）；
exit（0）；
default：
fg＝1；
break；
｝
if（fg）
break；
｝
｝
int main（）
｛
uart＿init（）；
run（）；
return 0；
｝、