【粉丝问答8】如何用C语言在Linux下实现cc2530简单的上位机-v0.1

0、前言

网友提问如下：

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：

1. 下位机，通过串口与上位机相连；
2. 下位机要能够接收上位机下发的命令，并解析这些命令；
3. 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；
4. 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；
5. 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】。

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：

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

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

2. 点亮led灯

点亮led1：

3. 灭灯

4. 读取烟雾传感器数据

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。

公号：一口Linux回复，【cc2530上位机】即可获得源码。