基于Lua脚本语言的嵌入式UART通信解决方案

引言
　　随着变电站智能化程度的逐步提高，对温度、湿度等现场状态参量的采集需求也越来越多。就目前而言，在现场应用中，此类设备多采用RS232或RS485等UART串行通信方式和IED（Intelligent Electronic Device，智能电子设备）装置进行交互。一般来说，不同的设备采用的通信数据帧格式并不相同。各式各样的串口数据帧格式，对IED装置的软件定型造成一定的困难。传统的做法一般是由装置生产厂家指定和其配套的外围设备，装置的灵活性不够理想。本文针对此类问题，提出了一种基于Lua脚本语言的解决方案，可有效地提高IED装置对各种类型串口数据报文帧格式的适应性。该方案将具体串口报文规约的组建和解析交给Lua脚本进行处理，从而使设计者在装置的软件开发中，可仅关注于相关接口的设计，而不用关心具体的串口通信规约，从而方便软件的定型，并提高了装置自身在应用中的灵活性。
　　1 Lua脚本语言介绍
　　Lua是一种源码开放的、免费的、轻量级的嵌入式脚本语言，源码完全采用ANSI（ISO） C.这一点使它非常适合融入目前以C语言为主的嵌入式开发环境之中。两者之间实现交互的关键在于一个虚拟的栈，通过该虚拟栈和Lua提供的可对该栈进行操作的相关接口函数，可以很方便地在它们之间实现各种类型数据的传递。
　　与其他脚本语言（如Perl、Tcl、Python等）相比，Lua表现出了足够的简单性以及非常高的执行效率，结合其与平台的高度无关以及充分的可扩展性［1］，这使得它越来越多地得到大家的关注。因此，在本文的方案中优先选用Lua脚本来进行设计。
　　2 系统方案概述
　　本方案主要是围绕着IED装置和外围串口设备之间的通信来进行设计的，系统框架如图1所示。
　　
　　图1 系统框架
　　当IED装置开始运行时，将创建一个用于UART通信的读写调度任务。在该任务中，首先通过Lua提供的接口函数来启动其脚本引擎，并创建Lua虚拟机。然后即可将用户编写的C函数注册到Lua虚拟机中去，并将存在于Flash文件系统中独立于装置C程序的Lua脚本文件加载到虚拟机中，从而建立起Lua和C的交互环境。在系统应用中，将需要发送到外围设备的具体数据内容都放在Lua脚本文件中。当装置C程序需要发送数据时，通过通信读写调度程序及虚拟机的配合，将这部分数据取出，并调用串口驱动程序发送给外围设备。当收到外围设备发给IED装置的报文时，再将相应数据传给虚拟机中运行的脚本程序进行处理，并由Lua根据数据处理结果来调用已注册的C函数进行相关业务处理。
　　
　　图2 系统程序流程
　　本系统的程序流程如图2所示。
　　其中，串口通信芯片采用TI公司的带64字节FIFO的4通道可编程UART芯片TL16C754B来实现。它的4个通道可分别独立编程，在3.3 V的操作电压下，数据传输速率可高达2 Mbps，适合多种UART通信环境中的应用［2］。基于装置的应用环境，本文采用RS485的问答机制并结合查询方式来对该串口通信方案进行设计。在方案实现中，装置将每隔一定时间通过串口芯片发送一次查询报文，当查询到外围设备发送的正确响应报文后，再进行相关业务处理。