Linux下ARM和CC2530的串口通信
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）01-00-03
0 引 言
由于ARM嵌入式系统具有体积小、功耗低、噪音低、成本低、数据处理能力强等优点，被广泛用作自动控制、智能终端等设备的硬件平台。通常ARM嵌入式平台是在操作系统的支持下工作，常见的操作系统有Wince、uCOS、uCLinux、嵌入式Linux等，其中，Linux操作系统具有稳定性高、源代码公开等优点，而被广泛用于工业控制、机器人、物联网等领域。Linux-ARM嵌入式系统是Linux操作系统与ARM硬件平台的结合，兼具了Linux操作系统和ARM嵌入式的优点，是开发智能控制设备的常用组合。物联网是继计算机技术、互联网技术之后世界信息产业发展的新浪潮，它所包含的无线传感网具有使用、安装便利的特点。基于IEEE 802.15.4协议的ZigBee技术是随着物联网的兴起而发展起来的一种无线传感网组网方案[1]，基于该技术，Ti公司推出了系列网络处理器芯片，其中CC2530是Ti公司推出的第二代网络处理芯片，集成了RF收发器、增强型8051控制器、可编程存储器等模块，具有更卓越的RF性能，更小的封装尺寸和IR产生电路，并支持多种协议如ZigBee PRO、ZigBee RF4CE等[2]，由其组成的无线传感网可用于居家、消费类电子产品、工业、医疗等领域。虽然CC2530所采用的CPU技术成熟，有一定的计算、控制等能力，但在控制通信较复杂的场合下不能满足需求，因而需要性能更强的处理器作为上位机，如Linux-ARM嵌入式系统。由此可见，采用Linux-ARM为上位机、CC2530为下位机是一种优秀的智能无线网络组网方案。在由Linux-ARM和CC2530组成的网络系统中，Linux-ARM和CC2530间的通信是该组网方案必须解决的一项技术问题。Linux-ARM嵌入式系统[3]和CC2530均拥有串口通信方式，这可成为两者传递信息的通道。基于以上分析，本文设计了Linux系统下ARM Cortex A8的串口通信；使用ZStack协议栈开发了CC2530的串口通信，实现了Cortex A8和CC2530间的通信。
1 Linux-ARM串口通信
S5PV210AH是三星基于ARM Cortex A8内核生产的一款处理器，主频达1 GHz，被广泛应用于数据采集、图像处理、智能终端、自控设备、物联网网关等方面。在Linux-ARM系统中，Cortex A8的串口通信是在Linux操作系统的控制下完成的，其程序流程图如图1所示。
图1 Linux下ARM Cortex A8串口通信流程图
为在Linux-ARM系统中进行串口通信，首先需打开串口设备，而Linux系统对设备的管理是通过文件实现的，对串口的操作等同于对文件的操作。Linux系统中的设备管理文件存放在/dev目录中，串口的文件名一般为ttyS*，其中*表示不同的串口，是从0开始的整数。串口可通过open（）函数打开： fd=open（“/dev/ttyS0”， O_RDWR），语句中的参数ttyS0表示串口1，O_RDWR表示可对串口进行读写操作，fd是open（）函数的返回值，称为文件描述符，在随后的操作中，Linux系统的内核可使用该文件描述符来访问文件。如果fd =-1则表示打开失败，程序通过return返回系统，若打开成功则进行串口参数设置。串口参数设置过程如图2所示，首先是获取串口参数，而后根据需要进行参数配置，最后对串口进行参数设置，该过程主要涉及到的有tcgetattr（）函数、termios结构体和tcsetattr（）函数。
图2 Linux-ARM的串口设置过程
在串口参数配置的过程中，termios结构体是完成配置的关键，该结构体包含在termios.h头文件中，其内容如下：
struct termios
{
unsigned short c_iflag；输入模式标志
unsigned short c_oflag；输出模式标志
unsigned short c_cflag；控制模式标志
unsigned short c_lflag；本地模式标志
unsigned short c_line；线路规则
unsigned short c_cc[NCC]； 控制字
}
串口的详细配置步骤如下：
（1）定义一个termios结构体变量opt，使用tcgetattr（）函数把串口参数提取到opt中，相应的语句是tcgetattr（fd， &opt）。为避免打开串口后写入缓存数据的干扰，可使用tcflush（fd， TCIOFLUSH）语句清除缓存中的数据。
（2）串口参数的基本配置包括波特率、校验位、停止位、流控等。在配置程序中可使用cfsetispeed（&opt， B115200）和cfsetospeed（&opt， B115200）分别把串口通信的输入输出波特率设为115 200 b/s；而数据位、奇偶位、停止位则是通过c_cflag参数的设置实现：可使用opt.c_cflag &= ～CSIZE和opt.c_cflag |= CS8把数据位设置为8位；使用opt.c_cflag &= ～PARENB和opt.c_iflag &= ～INPCK让串口通信时不采用奇偶校验；使用opt.c_cflag &= CSTOPB使串口有1位停止位。 （3）串口参数设置。该过程是把opt结构体中的参数设置到串口中，可调用tcsetattr（fd， TCSANOW， &opt）函数，其中的参数TCSANOW表示不等数据传输完毕就立即改变串口属性。如果参数设置成功，tcsetattr（）函数的返回值为0，据此值可做以下判断：只有返回值为0时才进入串口通信的下一步，若返回值不为0则返回到操作系统。
串口参数设置完成后，串口即可进入数据收发状态。数据的接收可调用read（fd， RD_buff， RD_buff_size）函数进行，该函数表示从fd所指示的文件中读取RD_buff_size个字节到RD_buff缓冲区中。数据的发送可使用write（fd， WR_buff， WR_buff_size）函数，是从WR_buff所指的缓冲区输出WR_buff个字节到fd所指示的文件中。数据收发任务完成后，使用close（fd）函数关闭串口。
通信中的Cortex A8是由无线龙科技有限公司提供的，程序的开发是在Linux环境中进行的，并使用arm-Linux-gcc进行交叉编译[4]，在XP操作系统中通过PC机的超级终端下载到Cortex A8中。
2 CC2530串口通信
CC2530的开发是在IAR集成环境中使用ZStack 2.5.1协议栈进行的，ZStack的目录结构如图3所示。
图3 ZStack协议栈的目录结构
ZStack是从ZMain层中的main（）函数开始执行的，main（）函数含有系统初始化函数osal_init_system（），该函数可完成新任务的登记。在osal_init_system（）中找到osalInitTasks（），并在该函数的最后添加新任务的初始化函数SampleApp_Init（taskID），SampleApp_Init（）的函数体定义在SampleApp.c文件中，可在SampleApp_Init（）函数中添加串口初始化函数调用语句和串口任务登记函数调用语句。协议栈的工作机制是一种轮询方式，当系统进入运行函数osal_start_system（）后，在do while循环体的作用下开始轮询。当协议栈的操作系统抽象层（OSAL）在查看taskEvents的过程中发现有事件发生，会记下该事件的idx值，而后通过events = （tasksArr[idx]）（idx， events）语句调用登记在tasksArr[]数组中的函数指针，随后进入到任务处理函数。由此可见在添加新任务时，需在tasksArr[]数组的最后添加新任务的函数指针，并在SampleApp.c文件中修改相应的函数体。
本文采用的CC2530是由网蜂科技提供的ZigBee开发套件，在串口通信开发的过程中，CC2530被定义为协调器，其开发步骤分为如下三步：
（1）串口初始化。找到应用层（App）中的操作系统接口文件OSAL_SampleApp.c，并在该文件中找到osalInitTasks（）的函数体，osalInitTasks（）中的最后一个函数SampleApp_Init（taskID）被作为串口通信任务。在SampleApp.c中找到SampleApp_Init（）的函数体，并添加函数调用语句MT_Uartinit（），如下所示：
void SampleApp_Init（ uint8 task_id ）
{
SampleApp_TaskID = task_id；
SampleApp_NwkState = DEV_INIT；
SampleApp_TransID = 0；
MT_Uartinit（）；
MT_UartRegisterTaskID（task_id）；
……
}
MT_UartInit（）函数位于MT目录下MT_UART.c文件中，是串口初始化函数，可完成CC2530的串口参数设置。根据uartConfig.baudRate = MT_UART_DEFAULT_BAUDRATE语句找到MT_UART_DEFAULT_BAUDRATE的位置，并修改为#define MT_UART_DEFAULT_BAUDRATE HAL_UART_BR_115200，使串口的波特率为115 200 b/s；根据语句uartConfig.flowControl = MT_UART_DEFAULT_OVERFLOW查找到MT_UART_DEFAULT_OVERFLOW，并将其修改为#define MT_UART_DEFAULT_OVERFLOW FALSE，修改好之后关闭流控。
（2）登记任务号。任务号的登记是通过MT_UartRegisterTaskID（）函数完成的，该函数的调用语句可直接跟在MT_Uartinit（）函数调用语句之后，其功能是把串口事件通过task_id登记在SampleApp_Init（）中。
（3）串口通信。在SampleApp.c文件中找到SampleApp_ProcessEvent（）函数，添加接收或发送语句，发送使用HalUARTWrite（）函数，接收使用HalUARTRead（）函数，这两个函数位于MT_UART.h库中。
为验证CC2530串口通信的效果，使用串口调试助手对CC2530的串口通信进行了验证，其结果如图4所示。在测试过程中使用的语句是HalUARTWrite（0，"Hello， this is serial data from CC2530.＼n"，40），可以看出串口调试助手完整地接收到了来自CC2530的信息。
图4 CC2530串口通信测试
3 结 语
对Linux ARM Cortex A8和CC2530的串口通信进行了研究，分别采用交叉编译和ZStack协议栈开发了Cortex A8和CC2530间的串口通信程序，该方法为Cortex A8上位机与CC2530协调器间的通信提供了解决方案。
