基于Linux的串口服务器设计

：打开串口时，需要首先判断串口的类型，然后以一定的方式打开串口并保存原来的串口配置信息，最后对串口进行波特率、数据位、停止位和奇偶校验位的设置。关闭串口时，需要将原来保存的终端信息恢复，使串口回到打开前的状态。

对串口进行数据读写：串口的读写操作是串口服务器最基本的功能，当有数据传送过来时，需要通过串口发送。写串口操作会把内存中的数据写入所指的文件，读串口操作会把串口送来的数据写入内存中。分别用writecomport和readcomport来实现。

对串口进行设置：需要设置波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。调用定义的封装函数，来完成这些操作。串口的工作模式通过termios函数的配置来控制。

Modbus TCP/RTU相互转换功能的实现

这一步是串口服务器设计的关键，其转换重点在于CRC校验和MBPA报头的变换。在这里，定义mod2tcp函数来完成Modbus RTU到TCP格式的转换，定义tcp2mod函数来完成Modbus TCP到RTU格式的数据转换。例如，来自Modbus主站的TCP协议请求，经串口服务器转换成Modbus RTU格式，经485口发送给从站，并将从站相应数据经485接口送入串口服务器，转换成Modbus TCP格式信息返回主站（图4）。

程序流程如图5（a）和5（b）所示。

图5:Modbus RTU 到TCP格式数据转换程序流程（a）和Modbus TCP 到RTU格式数据转换程序流程（b）。

由此可见，TCP格式字节数=RTU格式字节数-2+6,获取的可用数据均相同，因此其程序实现就不再是难题了。

CRC校验功能

CRC即循环冗余校验码，它是数据通信领域中最常用的一种差错校验码。RTU方式时，CRC校验传送的全部数据，它忽略信息中单个字符数据的奇偶校验方法。CRC校验的关键在于数据的匹配，将得到的数据如何正确的套用到CRC校验当中是其中的关键。

CRC校验有既定的规则，其程序实现非常简单，只需要以下几步：CRC字节的初始化；将数据导入进行CRC计算；返回计算出的CRC值。

串口服务器的设计与实现

此部分介绍整个程序的main（）函数，它会调用前文介绍的函数来实现串口服务器功能，故其头文件中要包含前文所述的各函数文件。程序流程如图6所示。

main（）函数应用Linux C函数编程，其中应尤其注意socket的应用，socket要先建立再bind（）；在信号量中的参数要配置正确；进程的管理方面，要注意进程退出时先退出子进程，在所有进程都完成之后再关闭socket.

问题及解决

串口服务器测试过程中，有时会出现TCP到RTU发送时数据包错误，不能正确地将TCP数据转换为RTU数据。
原因在于，测试过程中，Windows下的PC终端向Linux工控板发送数据，但是Windows的实时性并不很好，不能及时地发送数据，有时会出现一次发送两包数据给串口服务器的现象；另外，工控板中Linux下的TCP/IP协议剪裁封装不是很完善，导致其接收处理数据的能力比较差。

当多帧数据同时到达时，串口服务器未能正确将后一帧数据发送出去，而把一帧数据分割到两帧，导致数据帧错误。这就是发生上述数据完全错误的原因。这时，需要给串口服务器添加数据的分帧处理功能，在接收到数据时，先判断数据帧是否是有效数据帧，确保每次发送的数据都能是完整的一帧，不会出现数据帧错位，而导致数据的完全错误。

本文小结

本文的目标是在以AT91RM9200芯片构建的Multibus-CPU开发板上实现串口服务器功能。该串口服务器应用Modbus相关协议，将传统的以RS485/232串口通信设备接入工业以太网，实现上位机和设备之间的信息交互。本串口服务器程序已经能够在开发板上正确运行。