基于Lua腳本語言的嵌入式UART通信方案設(shè)計

　　引言

　　隨著變電站智能化程度的逐步提高，對溫度、濕度等現(xiàn)場狀態(tài)參量的采集需求也越來越多。就目前而言，在現(xiàn)場應(yīng)用中，此類設(shè)備多采用RS232或RS485等UART串行通信方式和IED（Intelligent Electronic Device，智能電子設(shè)備）裝置進行交互。一般來說，不同的設(shè)備采用的通信數(shù)據(jù)幀格式并不相同。各式各樣的串口數(shù)據(jù)幀格式，對IED裝置的軟件定型造成一定的困難。傳統(tǒng)的做法一般是由裝置生產(chǎn)廠家指定和其配套的外圍設(shè)備，裝置的靈活性不夠理想。本文針對此類問題，提出了一種基于Lua腳本語言的解決方案，可有效地提高IED裝置對各種類型串口數(shù)據(jù)報文幀格式的適應(yīng)性。該方案將具體串口報文規(guī)約的組建和解析交給Lua腳本進行處理，從而使設(shè)計者在裝置的軟件開發(fā)中，可僅關(guān)注于相關(guān)接口的設(shè)計，而不用關(guān)心具體的串口通信規(guī)約，從而方便軟件的定型，并提高了裝置自身在應(yīng)用中的靈活性。

　　1 Lua腳本語言介紹

　　Lua是一種源碼開放的、免費的、輕量級的嵌入式腳本語言，源碼完全采用ANSI（ISO） C.這一點使它非常適合融入目前以C語言為主的嵌入式開發(fā)環(huán)境之中。兩者之間實現(xiàn)交互的關(guān)鍵在于一個虛擬的棧，通過該虛擬棧和Lua提供的可對該棧進行操作的相關(guān)接口函數(shù)，可以很方便地在它們之間實現(xiàn)各種類型數(shù)據(jù)的傳遞。

　　與其他腳本語言（如Perl、Tcl、Python等）相比，Lua表現(xiàn)出了足夠的簡單性以及非常高的執(zhí)行效率，結(jié)合其與平臺的高度無關(guān)以及充分的可擴展性［1］，這使得它越來越多地得到大家的關(guān)注。因此，在本文的方案中優(yōu)先選用Lua腳本來進行設(shè)計。

　　2 系統(tǒng)方案概述

　　本方案主要是圍繞著IED裝置和外圍串口設(shè)備之間的通信來進行設(shè)計的，系統(tǒng)框架如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)框架

　　當IED裝置開始運行時，將創(chuàng)建一個用于UART通信的讀寫調(diào)度任務(wù)。在該任務(wù)中，首先通過Lua提供的接口函數(shù)來啟動其腳本引擎，并創(chuàng)建Lua虛擬機。然后即可將用戶編寫的C函數(shù)注冊到Lua虛擬機中去，并將存在于Flash文件系統(tǒng)中獨立于裝置C程序的Lua腳本文件加載到虛擬機中，從而建立起Lua和C的交互環(huán)境。在系統(tǒng)應(yīng)用中，將需要發(fā)送到外圍設(shè)備的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容都放在Lua腳本文件中。當裝置C程序需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，通過通信讀寫調(diào)度程序及虛擬機的配合，將這部分數(shù)據(jù)取出，并調(diào)用串口驅(qū)動程序發(fā)送給外圍設(shè)備。當收到外圍設(shè)備發(fā)給IED裝置的報文時，再將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳給虛擬機中運行的腳本程序進行處理，并由Lua根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果來調(diào)用已注冊的C函數(shù)進行相關(guān)業(yè)務(wù)處理。

　　圖2 系統(tǒng)程序流程

　　本系統(tǒng)的程序流程如圖2所示。

　　其中，串口通信芯片采用TI公司的帶64字節(jié)FIFO的4通道可編程UART芯片TL16C754B來實現(xiàn)。它的4個通道可分別獨立編程，在3.3 V的操作電壓下，數(shù)據(jù)傳輸速率可高達2 Mbps，適合多種UART通信環(huán)境中的應(yīng)用［2］?；谘b置的應(yīng)用環(huán)境，本文采用RS485的問答機制并結(jié)合查詢方式來對該串口通信方案進行設(shè)計。在方案實現(xiàn)中，裝置將每隔一定時間通過串口芯片發(fā)送一次查詢報文，當查詢到外圍設(shè)備發(fā)送的正確響應(yīng)報文后，再進行相關(guān)業(yè)務(wù)處理。