1 硬件平臺
1)WinCE嵌入式采用友善之臂mini2440開發(fā)板作為硬件平臺，mini2440開發(fā)板主要的硬件資源包括：SamsungS3C2440A，主頻400MHz，最高533 MHz；1個100 M以太網RJ-45接口(采用DM9000網絡芯片)，1個通用異步串行口(UART)；2個USB數據接口；1個LCD控制器；1個64MSDRA-M；1個SD卡接口；以及鍵盤接口和IDE接口等，利用上述的核心硬件資源，根據需要定制相關的內核，在EVC集成開發(fā)環(huán)境中編寫應用程序。
2)MSP430F149單片機是TI公司芯片，它具有集成度高、外圍設備豐富、超低功耗、1．8～3．6 V的低電壓供電范圍，5種可選的低功耗模式，低于6μs的喚醒時間等優(yōu)點，是設計電池供電系統(tǒng)的極佳選擇。由于具有16位RISC結構，16位寄存器和常數寄存器，MSP430達到了最大的代碼效率。數字控制的振蕩器提供快速從所有低功耗模式蘇醒到活動模式的能力，時間少于6ms。MSP430F149帶有2個16位定時器(帶看門狗功能)、速度極快的8通道12位A／D轉換器(ADC)(帶內部參考電壓、采樣保持和自動掃描功能)、1個內部比較器和2個通用同步／異步發(fā)射接收器，硬件乘法器提高了單片機的性能并使單片機在編碼和硬件上可兼容，所以在很多領域得到了廣泛的應用。
3)PC機與WinCE嵌入式通過100 M／S以太網接口連接，WinCE嵌入式與MSP430F149通過RS232進行通信，串口通信總體框圖如下圖1所示。
2 WinCE嵌入式平臺定制
WinCE嵌入式操作系統(tǒng)是一個緊湊、高效、可擴展開放的、可裁減的、32位的實時嵌入式窗口操作系統(tǒng)，其最大的特點是使用了分層結構技術，使系統(tǒng)具有更好的可擴展性和定制性，使應用程序和操作系統(tǒng)獨立于具體硬件，以適應各種特殊的應用環(huán)境。操作系統(tǒng)從邏輯上可以分為硬件層、OEM層、操作系統(tǒng)層、應用程序層。基于嵌入式WinCE開發(fā)平臺的定制主要是對操作系統(tǒng)層和OEM層進行定制。
微軟提供了PB(Platform Builder)作為定制WinCE操作系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境。PB環(huán)境支持多種功能模塊和硬件接口，可以根據目標設備的具體硬件配置進行WinCE的裁剪和定制，定制WinCE平臺的流程如圖2所示。首先，通過安裝和創(chuàng)建設備驅動程序對網卡、串口、顯示驅動、USB和電源驅動等硬件進行定制；然后，定制系統(tǒng)組件和服務，包括TCP／IP、FTP、MFC、Telnet等，并根據硬件配置和操作系統(tǒng)的應用特性修改配置文件；最后，生成操作系統(tǒng)映像文件，通過網口或串口將其下載到目標設備中運行。定制完成后，導出應用程序開發(fā)工具包SDK。
3 串口UART模塊
3．1 WinCE操作系統(tǒng)串口
在WinCE下運行的程序，一般是在Windows環(huán)境下開發(fā)的，然后下載到嵌入式設備中。系統(tǒng)中是在Windows環(huán)境下用EVC去開發(fā)應用軟件，然后下載到設備中去。串口在WinCE中屬于流接口設備，可以像對文件一樣對串口進行打開、關閉、讀寫等操作。WinCE下的串口函數和Win-dows下的串口函數基本相同，但在一些方面有所不同：1)WinCE只支持Unicode；2)WinCE中有一些自己特有的控件，可以方便編程；3)EVC不支持重疊I／O操作。
3．2 在WinCE下開發(fā)串口通信步驟
1)打開端口并進行初始化 在EVC中把設備當做文件來處理，故使用CreateFile來打開端口。如果打開成功，則會返回打開串口的句柄。成功打開一個端口之后，需要對端口進行初始化。調用串口通信函數SetupComm，設置COM的發(fā)送和接收緩沖區(qū)的大小。分配好緩沖區(qū)以后，調用CetCommTimeouts函數對讀寫串口進行超時設置。然后調用GetCommState函數獲取當前串口的默認參數并返回一個DCB結構體地址，通過給這個DCB結構體各成員賦值來重新設定串口狀態(tài)。最后調用PurgeComm函數清空串口的發(fā)送接收緩沖區(qū)。
2)對串口進行讀寫操作 成功配置好串口參數后即可調用函數ReadFile和WriteFile對串口進行讀寫操作。在通信的過程中可能出現通信錯誤導致程序無法繼續(xù)進行，一般需要調用ClearCommError清除這些錯誤。
3)關閉串口 使用完串口后必須關閉串口。串口不能像文件一樣被共享，不釋放別的應用程序不能使用。關閉串口只需使用CloseHandle即可。WinCE串口流程圖如圖3所示。
3．3 MSP430F149單片機UART模塊特點
MSP430單片機的UART模塊具有比普通51單片機更完善的特性，如可選擇奇偶校驗方式、波特率小數部分可編程、提供差錯控制及錯誤狀態(tài)位、串口中斷喚醒CPU等。將這些特點應用于串口通信中可以增強通信的可靠性，比如：UART硬件模塊可以被設置為若奇偶校驗出錯則不接收當前數據，通過設定波特率調制值可使波特率更準確，通過休眠模式的應用可提高CPU工作的效率并降低系統(tǒng)的功耗。對于多機通信，MSP-430單片機內置了空閑式(idle-line)和地址位式(address-bit)兩種多機通信模式，為提供可靠高效的多機通信提供了保證。兩種模式主要在如何確定地址幀方面存在差別：1)空閑模式：兩個數據塊之間的傳輸空閑時間大于或等于10bit，也即用傳輸線上大于或等于10bit空閑之后的第一個數據表示地址。2)地址位模式：通過字節(jié)幀中的地址位(1或0)指示該幀是地址幀還是數據幀。一由于空閑模式要求兩個數據塊之間一定要有大于或等于10bit的時間間隔，所以在連續(xù)傳輸的場合傳輸速率會比地址位模式慢，但是編程簡單。
4 串口通信協議設計
在WinCE嵌入式和多臺MSP430單片機的通訊中，確定一個明確而合理的通訊協議是關鍵，包括對數據格式、通訊方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定。為了區(qū)別不同的分機，必須為每個分機分配一個唯一的地址，此地址唯一區(qū)別各單片機。數據格式采用數據包的形式，一次傳輸一組數據。數據包格式如表1所示。
數據格式中的地址位表示與PC機通訊的單片機地址。操作命令則表示此次通訊要完成的操作。在單片機發(fā)送上位機接收的時候，此時數據包中的數據長度、數據內容、和檢驗3個域便填充實際發(fā)送數據的個數、數據及和校驗；操作命令域在PC機發(fā)送單片機接收的時候也有相似的協議規(guī)定。
5 TCP／IP數據通信
TCP／IP數據通信模塊用于完成WinCE嵌入式與PC機服務器之間的通信，其主要功能包括，接收下位機發(fā)來的信息、發(fā)送控制命令，控制程序的運行狀態(tài)，為多機串口通信提供方便。數據通信模塊采用基于WinCE的TCP／IP協議，能夠保證在傳輸過程中數據的準確性和可靠性；嵌入式系統(tǒng)硬件抗干擾能力強，能夠保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行?？蛻暨M程建立連接及通信的程序流程如圖4所示。
在基于Wince的TCP／IP協議中，其通信實現流程為：TCP服務器首先調用socket()函數建立流式套接字，然后調用bind()綁定本地地址，調用listen()函數進行客戶終端連接，一旦與客戶終端連接后，服務器就調用accept()函數接收終端的連接請求，并建立連接，同時服務器端啟動一個新線程，建立單獨的套接字實例與客戶終端進行通訊。
TCP客戶端通信實現流程為：調用socket()函數建立流式套接字，然后調用connect()函數，請求與WinCE服務器建立TCP連接，成功建立連接后，同服務器進行數據傳輸。
服務進程和客戶進程通過調用send()和recv()來交換數據，服務器可向客戶端傳送所收集的數據?？蛻舳藙t向服務器反饋控制信息和參數調整信息：服務進程或客戶進程可通過調用close()來撤消套接字并中斷連接。
6 結論
串口通訊方式在計算機控制系統(tǒng)中有著廣泛的應用，通過WinCE嵌入式與多臺MSP430單片機串口通信研究開發(fā)，運用嵌入式、單片機及網絡通信技術實現了多機串口通信。本文設計的通訊協議經實踐證明穩(wěn)定可靠，保證了單片機與PC之間數據傳輸的準確率。本文所采用的技術在遠程控制，工業(yè)控制等領域具有重要的實用價值和廣泛的應用前景。