串行通信链路复用协议在嵌入系统上开发

2.2 数据包格式

数据包各个字段(除packet type外)意义与AT命令包相同,其帧格式如图3所示｡数据包有以下几种类型:


•Type=0--DATA 包:这个包是发送到无线链路上或者从无线链路上接收到的数据
•Type=1--STATUS包:这个包给出了SA､SB､X和中断条件编码的信息｡

状态包的长度总为1字节｡任何一个状态(除了break)改变时,所有的状态位都要发送出去｡缺省情况下,所有的状态位都是关闭的(因此DTR､RTS都是关闭的),所以在打开复用开关准备传送数据之前,一定要发送一个状态包｡

•Type=2--READY包:这个包表示发送READY包的一方可以接收数据了｡包中没有数据,所以长度字段为0｡
•Type=3--BUSY 包:这个包表示发送READY包的一方忙,无法接收数据｡包中没有数据｡

3 Linux下串口通信系统的组成

要在Linux系统上实现TS27.010协议,就必须了解Linux下串口驱动软件模块的结构｡

图4不但给出了Linux kernel中串口通信模块的组成结构,还形象地表示出了数据是如何在用户和硬件接口之间流动的(笔者使用Linux 2.4.19的内核)｡从图4可以看到串口通信模块可在逻辑上分为三层:TTY层､line discipline层和底层驱动层｡TTY层是用户空间和内核空间的桥梁,用户程序和内核需要通过tty层交换数据;Low-level driver则负责硬件的交互,它对硬件进行控制和读写操作;line discipline层是整个串行通信模块中最灵活､设计最巧妙的一层,它要为一个串行口的使用定下数据交互的"规程",在Linux内核中已经存在了许多line discipline,例如PPP､SLIP､TTY等｡缺省使用TTY line discipline｡可以根据需要将line discipline替换成Linux已经定义的line discipline结构,甚至替换为自己的line discipline结构｡ 在图4中,向硬件接口写数据的过程是显而易见的｡但是,用户程序从硬件读取数据的过程却要复杂一些,这是因为硬件与用户空间之间没有直接的联系｡解决的办法就是使用缓冲技术,硬件接收数据存储于kernel buffer中,等待用户程序请求这些数据;如果用户程序请求数据时,这个buffer是空的,那么用户程序就会被挂起,直到buffer中有数据时,它才被唤醒｡实际上,TTY相关的缓冲是由两级构成的:一个"常规"buffer(数据等待着line discpline取走,缺省情况下传到用户空间)和一个"flip"buffer(硬件驱动函数将底层进来的数据尽可能快地存入这个缓冲,而不必考虑并发存取问题,因为这个buffer是每个硬件驱动专有的)｡flip buffer由两个物理的缓冲实现,并被交替地写入,这样中断处理函数就会总有一个缓冲可用｡


Linux下串口软件的这种分层结构虽然增加了复杂性,但是它带来的好处是多方面的｡第一,串口模块更加灵活,在为新的串口硬件编写驱动程序时,只需修改和增加最底层的软件即可;第二,上层应用程序可以根据需要改变line discipline的处理软件,在使用PPP､SLIP等协议进行拨号连接时,都需要将原有的line discipline替换为PPP或者SLIP协议本身的line discipline?第三,可以根据需要,在层与层之间加入一层自己的处理软件｡事实上,笔者在实现Multiplex协议时正是这样做的｡

4 Multiplexing协议的实现

4.1 协议实现时的考虑

在实现TS27.010协议时,基于以下考虑:第一,使用串口的上层应用程序不需要改动｡这一点很重要,因为系统中有许多用户程序使用串口进行通信｡如果需要对它们进行改动,那么由此付出的代价显然是不值得的｡在这一点上,尤其需要特别考虑PPP软件,因为在Linux下通过GPRS上网必须使用PPP协议进行拨号｡PP存在于用户空间和内核空间两个地方,用户空间的pppd应用程序完成拨号连接的管理功能;内核空间的ppp协议软件实现PPP包的组帧/分帧等核心功能｡PP定义了自己的line discipline模块,且到此为止,往下就不再有PPP相关的软件模块(参看图4的分层结构)｡第二,尽可能多地实现TS27.010协议｡虽然这个协议的内容很丰富,但是由于Wavecom通信模块只支持有限的几种格式,并且帧头部分还略有不同｡这样实现起来就存在许多困难,只能在保证实现Wavecom复用协议并可靠工作的前提下,尽量实现TS27.010协议,以便于以后硬件和软件的升级｡

4.2 mux driver的实现方案

正是基于以上两点考虑,决定将这个协议的实现放在Line discipline和Low-level driver两层之间,参看图5｡这样,不需要对Linux的TCP/IP协议栈软件和PPP软件作任何修改,就可以在复用模式下实现原有的无线上网功能｡

图5给出了MUX模块的函数调用和数据流程｡TTY Layer､line discipline和serial driver是Linux tty设备文件系统在内核中已有的三层,在前一节已经介绍｡