用C语言在Linux下实现CC2530上位机-1

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0、前言

网友提问如下：

本地进程之间 pipe shm msg 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：CC2530 OS：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

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\n"); 
  exit(1); 
 } 
 nset1 = set_opt(serial_fd, 115200, 8, 'N', 1); 
 if(nset2 == -1) 
 { 
  printf("set_opt() error\n"); 
  exit(1); 
 } 
} 
int Menu()  
{ 
 int option; 
  
 system("clear"); 
 
 printf("\n\t\t************************************************\n"); 
 printf("\n\t\t**               ALARM SYSTERM                **\n"); 
 printf("\n\t\t**               1----LED                     **\n"); 
 printf("\n\t\t**               2----GAS                   **\n"); 
 printf("\n\t\t**               0----EXIT                    **\n"); 
 printf("\n\t\t************************************************\n");  
 while(1) 
 {  
  printf("Please choose what you want: "); 
  scanf("%d",&option);  
  if(option<0||option>2) 
   printf("\t\t    choose error!\n"); 
  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]\n#"); 
 
  scanf("%d",&lednum); 
  //check   
  if(lednum<1 || lednum >2) 
  { 
   printf("invalid led number\n"); 
   system("clear"); 
   continue; 
  }else{ 
   break; 
  } 
 } 
 printf("operation: 1 on , 0  off\n"); 
 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\n"); 
  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("\n"); 
  
 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\n",gas); 
 getchar(); 
} 
void run() 
{ 
 int x; 
  
 while(1) 
 {   
  x=Menu();  
  switch(x)  
  {  
   case 1: 
    led(); 
    break;   
   case 2: 
    gas(); 
    break;  
   case 0: 
    printf("\n\t\t     exit!\n\n"); 
    close(serial_fd); 
    exit(0); 
   default: 
    fg=1; 
    break; 
   } 
   if(fg) 
    break; 
  } 
} 
 
int main()  
{ 
 uart_init(); 
 run(); 
 return 0; 
} 

五、 运行结果

1. 上位机运行界面

主菜单

2. 点亮led灯

点亮led1：

3. 灭灯

熄灭led1

4. 读取烟雾传感器数据

获取烟雾数据

烟雾的数据是079，可以点根华子，你会发现每次读取的值都是在变化。

OK!至此为止，一个简易的CC2530上位机我们就编写完毕，如果想将从串口获取的数据的值发送到远端服务器，后续文章我们将继续讨论。