摘要：介紹了支持多串口同時抄表的智能儀表軟件構架、驅動層程序設計方法，并設計了一種支持多串口同時抄表的智能儀表程序。通過通信協議層和應用層中的接收回調函數、發送回調函數、接收幀處理和發送幀處理詳細過程，有效地實現多個用戶根據自己的權限同時對同一塊儀表進行抄讀。實踐證明，該設計獲得了較好的預期效果，具有良好的應用前景。

引言

隨著計算機技術、通信技術、電子技術的發展，推動了儀表行業快速發展;同時，隨著人力成本的增加，人工抄表將會逐漸被淘汰;智能儀表將成為儀表行業發展的方向。可以預見，在未來20年儀表行業將經歷一次革命，我國將由目前的人工抄表方式逐漸轉變為遠程抄表，各級水、氣和電力管理部門可以根據不同的權限對同一塊儀表進行遠程抄讀。為了支持多用戶同時抄表，本文設計了一種支持多串口同時抄讀的智能儀表程序，對程序設計流程做了詳細的闡述。

1 支持多串口智能儀表軟件構架

支持多串口智能儀表軟件構架如圖1所示，支持多串口智能儀表的軟件構架分為4層：驅動層、基于任務調度的操作系統、通信協議層和應用層。驅動層主要提供智能儀表的各種硬件驅動。其中，串口驅動程序實現的功能包括：串口的配置、提供通信協議在串口發送列表和串口接收列表中注冊的接口函數、為通信協議層提供數據服務。基于任務調度的操作系統的設計可以提高程序的通用性和擴展性;通信協議層和應用層根據需要在操作系統中注冊任務，如果以后需要增加一個功能，則可以直接增加一個任務而不需要對以前的代碼進行改動。

通信協議層主要對從物理層接收的數據幀和命令幀，按照通信協議的幀格式進行解析和對從應用層接收到的數據和命令按照通信協議的幀格式進行組幀。應用層主要實現智能電表和抄表客戶端應用對象之間的通信。支持多協議的智能儀表軟件構架如圖1所示。

2 驅動層串口程序設計

通信協議層系統初始化時，通信協議需要在每個串口的發送列表和接收列表中注冊。其中，串口發送協議列表和串口接收協議列表如下所示：

3 協議層和應用層程序設計

在通信協議層定義一個類型為PROTOCOL的數組ProtocolPortList，ProtocolPortList數組的主要作用是：存放對應串口接收的數據和要發送的數據、表征該串口目前的狀態。代碼如下：

PROTOCOL ProtocolPortList[SERIAL_PORT_COUNT];

typedef struct{

UINT8 RxBuff[RECV_FRAME_BUFF_LEN];

UINT8 TxBuff[SEND_FRAME_BUFF_LEN];

UINT8 ReceiveSuccessFlag;

UINT8 RxLen：

UINT8 TxLen;

}PROTOCOL;

RxBuff是用來存放從串口接收的數據，TxBuff為要發送的數據，如果接收到一幀合法數據將ReceiveSuccessFlag置0xFF，該標志的作用是為操作系統提供一個處理RxBuff中數據的標志，防止已經接收的幀被后續幀覆蓋。RxLen為RxBuff接收字節的長度，TxLen為TxBuff要發送數據的長度。

3.1 接收回調函數程序設計

當串口接收到一個字節后調用接收回調函數，接收數據回調函數數據處理流程圖如圖2所示。首先判斷返回的channel是否為物理通道1、物理通道2或物理通道3。如果不是則將此數據拋棄，如果是則判斷ProtocolList[channel].ReceiveSuccesFlag是否為0xFF。如果是，說明該串口已經接收到一幀數據但還沒有被處理，不能接收數據。如果不是，則判斷接收字節是否符合通信協議的幀格式，如果不符合則將接收字節拋棄，如果符合將接收字節Data存入接收緩沖區ProtocolList[channel].RxBuff中，并且將接收長度ProtocolList[channel].RxLen加1，最后判斷是否一幀數據接收完畢，如果接收完成則將ProtocolList[channel].ReeeiveSuiccesFlag置為0xFF。

3.2 消息格式

在應用層和通信協議層中都有一個消息列表，分別來收集協議棧發送給它的消息和應用層發送給通信協議層的消息。

Message MessageList[MAX_MESSAGE_NUM];

其中Message的結構如下所示：

typedef struct{

Un8 Channel;

Un8 STaskID;

Un8 DTaskID;

Un8 MessageType;

Un8*Data;

}Message;

通道號為協議棧接收數據的串口號，STaskID為源任務號(協議棧的任務號或應用層的任務號)，DTaskID為目的任務ID(協議棧的任務號或應用層的任務號)，MessageType代表什么類型的消息(讀數據請求、寫數據請求)，Data為所要寫入數據的指針。

3.3 基于任務調度的操作系統對接收幀的處理

當基于任務調度的操作系統執行通信協議層任務時會搜索ProtocolList數組中哪個元素的ProtocolList[channel].ReceiveSuccesFlag為0xFF，然后對其ProtocolList[channel].RxBuff中的數據進行處理，處理過程是：

①首先按照通信協議層的幀格式對接收數據進行解析。

②解析出需要發往應用層的數據，按一定的消息格式(包含發送數據和通道號)組成一條消息，然后將其發送給應用層，應用層收到這個消息后將其存入AMessageList應用層消息列表中。

當處理完成后將ProtocolList[channel].RxLen置0，將ProtocolList[channel].ReceiveSuccessFlag置0，以便于該channel串口通道可以接收下一幀數據。

基于任務調度的操作系統會按一定的調度時間來搜索ProtocolList中各個串口通道是否接收到一個完整的幀并進行處理，這樣就能夠實現協議棧對多個串口接收到的數據幀進行及時處理，多串口同時進行通信。

基于任務調度的操作系統會按一定的調度時間來搜索AMessageList是否為空，如果不為空則對相應的消息進行處理，這樣就能夠實現應用層對收到的多個消息進行及時處理，實現并行通信。

3.4 協議層對從應用層接收到的消息處理

智能儀表需要向客戶機返回抄讀數據時，首先智能儀表應用層將抄讀數據按照一定的消息格式組成一條消息，然后將該消息發送給通信協議層。通信協議層收到該消息后將其存入PMessageList協議層消息列表中。

基于任務調度的操作系統會按一定的調度時間來搜索PMessageList是否為空，如果不為空則對相應的消息進行處理。

通信協議層對消息的處理過程如下：

①通信協議層將消息進行解析，解析出發送的Data和發送通道channel。

②將需要發送的數據按照通信協議的幀格式進行組幀，并存儲于ProtocolList[channel].TxBuff中。ProtocolList[channel].TxLen為需要發送的長度。

③調用串口發送函數，將該幀數據通過串口channel發送出去。

3.5 發送回調函數程序設計

當channel的串口將協議層數據幀發送出去后會調用發送回調函數將ProtocolList[channel].TxLen置為0。

結語

本文根據智能儀表的發展方向和多用戶同時抄表的需求，闡述了設計支持多串口同時抄表的智能儀表程序的必要性。給出了支持多串口同時抄表的智能儀表軟件構架、驅動層程序設計、通信協議層程序設計和應用層程序設計。它可以使多個抄表部門根據各自的權限同時對同一塊儀表進行抄讀和設置。該設計可以廣泛地應用于智能儀表行業，從而推動我國儀表行業的發展和國際化。