功能實(shí)現(xiàn)1 - 基于Lua腳本語言的嵌入式UART通信方案設(shè)計(jì)

　　3 功能實(shí)現(xiàn)

　　在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，串口通信的應(yīng)用比較成熟，因此，本文將著重介紹Lua是如何服務(wù)于這一應(yīng)用的。從圖2可以看出，Lua的使用主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　　◆ Lua與C交互環(huán)境的建立；

　　◆ 提取腳本中的串口配置數(shù)據(jù)；

　　◆ 調(diào)用Lua函數(shù)設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)；

　　◆ 通過Lua函數(shù)處理接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。

　　3.1 Lua與C交互環(huán)境的建立

　　要建立交互環(huán)境，首先要啟動(dòng)Lua腳本引擎，并創(chuàng)建虛擬機(jī)。其機(jī)制雖然相對(duì)復(fù)雜，但對(duì)應(yīng)用來說卻比較簡單，通過“L=lua_open（NULL）；”即可實(shí)現(xiàn)。其中，L是一個(gè)指向結(jié)構(gòu)類型為lua_State的指針變量，該結(jié)構(gòu)將負(fù)責(zé)對(duì)Lua的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)。

　　為了實(shí)現(xiàn)Lua腳本函數(shù)對(duì)系統(tǒng)程序中串口發(fā)送和接收緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，定義了幾個(gè)C函數(shù)供腳本調(diào)用，即用于設(shè)置串口發(fā)送緩沖區(qū)的函數(shù)set_tx_buf、讀取串口接收緩沖區(qū)的函數(shù)get_rx_buf，以及在Lua腳本中判斷串口數(shù)據(jù)交互正常時(shí)調(diào)用的結(jié)果處理函數(shù)uart_ok_del.

　　在Lua腳本中，要成功調(diào)用以上函數(shù)，必須將其加載到Lua虛擬機(jī)中去，本文采用Lua提供的一種注冊(cè)C函數(shù)庫的方法來實(shí)現(xiàn)。具體加載過程如下：

　　① 按以下格式定義調(diào)用函數(shù)：

　　static int set_tx_buf（lua_State *L）；

　　static int get_rx_buf（lua_State *L）；

　　static int uart_ok_del（lua_State *L）；

　?、?聲明一個(gè)結(jié)構(gòu)數(shù)組，每個(gè)數(shù)組元素分別為C函數(shù)在Lua腳本中的調(diào)用名字及對(duì)應(yīng)的C函數(shù)，即以“name-function”對(duì)的形式出現(xiàn)，如下所示：static const struct luaL_reg uartLib［］ ={

　　{“set_tx_buf”，set_tx_buf}，

　　{“get_tx_buf”， get_tx_buf}，

　　{“uart_ok_del”， uart_ok_de}，

　　{NULL， NULL}

　　};

　?、?調(diào)用以下函數(shù)對(duì)C函數(shù)庫進(jìn)行注冊(cè)：luaL_register（L， “ied”， uartLib ）；其中，參數(shù)L即為創(chuàng)建虛擬機(jī)時(shí)的函數(shù)返回值（以下同），字符串“ied”為注冊(cè)到虛擬機(jī)中的庫名稱。第3個(gè)參數(shù)uartLib即為前面聲明的結(jié)構(gòu)數(shù)組，對(duì)應(yīng)需要注冊(cè)的庫函數(shù)表。

　　通過以上步驟，即可完成Lua腳本中需要調(diào)用的3個(gè)C函數(shù)的注冊(cè)過程，從而就可以在Lua腳本中通過“庫名稱。庫函數(shù)”的形式來對(duì)其進(jìn)行調(diào)用，如“ied.set_tx_buf（函數(shù)參數(shù)）”。

　　腳本文件本身的加載則相對(duì)簡單，只需通過如下函數(shù)調(diào)用即可：

　　luaL_dofile（L， “uart_script.lua”）；

　　其中，參數(shù)L和以上的函數(shù)調(diào)用相同，第2個(gè)參數(shù)則為腳本文件在Flash中的具體存儲(chǔ)路徑。

　　至此，就成功建立了一個(gè)Lua與C的交互環(huán)境。

　　3.2 提取腳本中的串口配置數(shù)據(jù)

　　要正確地進(jìn)行Lua和C的交互過程，首先必須對(duì)Lua和C交互時(shí)所采用虛擬棧的作用和操作有比較深入的了解。在Lua和C的交互中，它們彼此之間函數(shù)參數(shù)以及返回值都將由該棧來負(fù)責(zé)傳遞。Lua和C在棧的操作方式上稍有不同，在Lua中采用嚴(yán)格的LIFO方式，而C則還可以通過索引的方式進(jìn)行。以3個(gè)參數(shù)為例，參數(shù)1首先入棧，參數(shù)2、3隨后順次入棧，Lua虛擬棧存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及索引對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示。

　　圖3 Lua虛擬棧結(jié)構(gòu)示例圖

　　如需在C中訪問參數(shù)1，則既可以通過索引號(hào)1進(jìn)行，也可通過索引號(hào)-3進(jìn)行。其中，正索引按入棧順序從1依次遞增，負(fù)索引按出棧順序從-1依次遞減。

　　通常情況下，串口的配置主要有以下幾項(xiàng)：是否使能、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)標(biāo)志位和波特率。因此，在Lua腳本中，本文采用Lua的表結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，示例如下（本文中斜體代碼表示為Lua腳本，以下同）：

　　uart_p0={

　　enable=1，--使能位

　　dataBits=8 ， --數(shù)據(jù)位數(shù)

　　stopBits=1 ， --停止位數(shù)

　　parityBit=2 ， --奇偶校驗(yàn)

　　baudRate=9600 --波特率

　　};

　　該例表示對(duì)UART芯片的P0口進(jìn)行使能，并且采用8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、偶校驗(yàn)（本文定義parityBit的值取0為無校驗(yàn)，取1為奇校驗(yàn)，取2為偶校驗(yàn)）的幀格式，波特率為9 600 bps.

　　在C語言中，要獲取表中enable屬性字段的值，可采用以下步驟：

　?、?調(diào)用接口函數(shù)并以表名稱作為參數(shù)，將該表入棧：

　　lua_getglobal（L， “uart_p0”）；

　?、?調(diào)用接口函數(shù)將enable屬性字段的屬性名稱入棧：

　　lua_pushstring（L， “enable”）；

　　③ 調(diào)用接口函數(shù)提取屬性值，該操作在C中可看作是一個(gè)先出棧再入棧的過程，結(jié)果將在②中已入棧的屬性名稱所在位置填入屬性值：

　　lua_gettable（L， -2）；

　　其中，參數(shù)“-2”為棧中的索引號(hào)。

　?、?調(diào)用接口函數(shù)取出棧頂中該屬性字段的值，并調(diào)用出棧函數(shù)，以恢復(fù)調(diào)用環(huán)境：

　　p0_enable = （int）lua_tonumber（L， -1）；

　　lua_pop（L， 1）；

　　其中，lua_tonumber函數(shù)的參數(shù)“-1”也為棧中的索引號(hào)，該操作將取出棧頂元素的數(shù)值，鑒于Lua中的數(shù)據(jù)都為浮點(diǎn)數(shù)，所以需將其強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為整型數(shù)據(jù)。lua_pop中參數(shù)“1”為非索引，僅說明從棧頂將1個(gè)元素出棧。

　　通過以上操作，就可以正確地取出腳本中p0口參數(shù)設(shè)置表中enable屬性字段的值。其他屬性字段的提取與其相同。虛擬棧中的內(nèi)容變化如圖4所示。

　　圖4 提取表中屬性值時(shí)的虛擬棧操作示意圖