【正文】 ................................... 21 串口傳輸文件測(cè)試 ........................................................................................ 21 MODEM撥號(hào)連接并傳輸數(shù)據(jù)測(cè)試 .................................................................... 22 結(jié) 論 ........................................................................................................................ 22 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 23 致 謝 ........................................................................................................................ 24 聲 明 ........................................................................................................................ 25 第 1 頁(yè) 共 24頁(yè) 第 2 頁(yè) 共 24頁(yè) 1 引 言 設(shè)計(jì)背景 現(xiàn)在，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)民收入的提高，互聯(lián)網(wǎng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，但仍有很多計(jì)算機(jī)用戶并沒(méi)有安裝寬帶或其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。電話已經(jīng)發(fā)展了一百多年，但互聯(lián)網(wǎng)只出現(xiàn)了不到五十年，英特網(wǎng)所分布的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上公用電話網(wǎng)。 本設(shè)計(jì)的意義 如果想傳送份文件給對(duì)方，卻苦惱于無(wú)法上互聯(lián)網(wǎng)，那么用 MODEM 通過(guò)電話線發(fā)送文件就變得非常有用處了。還有些特殊情況，當(dāng)單位或工廠需要幾臺(tái)計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)共享時(shí)，進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)有安全隱患，配置局域網(wǎng)費(fèi)用又很高，而且需要共享的數(shù)據(jù)很小，僅按字節(jié)計(jì)算，這時(shí)候利用 MODEM 通過(guò)公用電話網(wǎng)或電話專線傳輸數(shù)據(jù)，既經(jīng)濟(jì)，又安全，維護(hù)也非常簡(jiǎn)單。 設(shè)計(jì)方法 本設(shè)計(jì)基于 Linux 操作系統(tǒng)，用 POSIX termios 函數(shù)控制計(jì)算機(jī)串口，使用AT 指令操作 MODEM 進(jìn)行初始化及撥號(hào)連接，最后用一個(gè)自編的文件傳輸協(xié)議傳輸文件。 整個(gè)程 序使用 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。此次設(shè)計(jì)之所以選擇 Linux，是因?yàn)?Linux 有著豐富的應(yīng)用程序和開(kāi)發(fā)工具，可以支持各種硬件平臺(tái)和外部設(shè)備； Linux 又是完全開(kāi)放的操作系統(tǒng)，很大程度上， Linux 的開(kāi)放性，賦予了其無(wú)窮的生命力。 GCC的發(fā)展與 Linux 發(fā)展息息相關(guān) ,相輔相承。所以在 Linux 平臺(tái)的基礎(chǔ)上，選用 GCC編繹代碼。 AT 指令做為 MODEM 的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言，提供了豐富的 MODEM 初始化、撥號(hào)、掛機(jī)等等命令， AT 命令簡(jiǎn)單的操作方式，使 MODEM 控制變得很方便。 理論依據(jù) 本次設(shè)計(jì)所需要的開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建并不復(fù)雜，可是因?yàn)?程序直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行操作，需要對(duì) RS232 串行端口有比較深入的了解，必須清楚各引腳電信號(hào)的作用，串口的工作方式，針對(duì)不同工作的方式，進(jìn)行不同的設(shè)置。 MODEM 的功能非常豐富，這給程序的實(shí)現(xiàn)也帶來(lái)一定難度。通過(guò)完成本設(shè)計(jì)，既有助于深入了解計(jì)算機(jī)接口，又為硬件控制編程打下了一定基礎(chǔ)，而且還能熟悉 Linux程序設(shè)計(jì)。 2 設(shè)計(jì)理論依據(jù) Linux Linux 操作系統(tǒng)核心最早是由芬蘭的 Linus Torvalds 1991 年 8月在芬蘭赫爾辛基大學(xué)上學(xué)時(shí)發(fā)布的 [那年 Torvals 25 歲 ]，后來(lái)經(jīng)過(guò)眾多世界頂尖的 軟件工程師的不斷修改和完善， Linux 得以在全球普及開(kāi)來(lái)，在服務(wù)器領(lǐng)域及個(gè)人桌 第 3 頁(yè) 共 24頁(yè) 面版得到越來(lái)越多的應(yīng)用，在嵌入式開(kāi)發(fā)方面更是具有其它操作系統(tǒng)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，并以每年 100%的用戶遞增數(shù)量顯示了 Linux 強(qiáng)大的力量。 本設(shè)計(jì)中使用的 POSIX(UNIX 可移植標(biāo)準(zhǔn) )終端控制函數(shù)，少量修改就可以運(yùn)行于 IRIX174。, HPUX, SunOS174。, Solaris174。, Digital UNIX174。, Linux174。,和許多其它的類 UNIX 操作系統(tǒng)。在不同的類 UNIX 操作系統(tǒng)之間的最大差別是串口設(shè)備和鎖定文件的名字。并且 Linux 支持各種體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，所以本設(shè)計(jì)雖然僅在個(gè)人 PC 機(jī)上實(shí)現(xiàn)，但它對(duì)于不同體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，或者不同的類 UNIX 操作系統(tǒng)，都有很好的可移植性。 串行端口簡(jiǎn)介 串行通迅 計(jì)算機(jī)一次傳輸一 位 或多位的信息（數(shù)據(jù)） ,串行是指一次傳輸一位數(shù)據(jù)。串行通訊包括了大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、鍵盤(pán)、 麥克風(fēng)，調(diào)制解調(diào)器和終端。當(dāng)進(jìn)行串行通訊時(shí)，傳送或接 收 的每個(gè)字（例如：字節(jié)或字符）是以每次一位傳輸?shù)摹? 每位或者為 on 或者 off。有時(shí)也能聽(tīng)到以 mark 表示 on 狀態(tài)和 space 表示 off 狀態(tài)。 串行數(shù)據(jù)的速度常表示 為比特每秒 (bps) 或波特率 (波特 )。這只是用于表示每秒能夠傳送的 1和 0的數(shù)量。追溯到計(jì)算機(jī)時(shí)代的早期， 300 波特被認(rèn)為是很快的速度，但今天的計(jì)算機(jī)能夠控制 RS232 速度高達(dá) 115,200 波特！當(dāng)波特率超過(guò) 1,000，通常將看到速度被表示為千波特，或 kbps （例如 , 等等）。對(duì)于超過(guò) 1,000,000 的速度表示為兆波特，或者 Mbps （例如 ）。 RS232C RS232C 是 標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊電氣接口， 是由美國(guó) EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì) )與BELL 等公司一起開(kāi) 發(fā)并于 1969 年公布的通信協(xié)議，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問(wèn)題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定，它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0~20 000bit/s 范圍內(nèi)的通信。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與 RS232C 制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信中廣泛采用，它不僅已被內(nèi)置于每一臺(tái)計(jì)算機(jī)，同時(shí)也已被內(nèi)置于從微控制器到主機(jī)的多種類型的計(jì)算機(jī)及其相連接的設(shè)備。 RS232C 常用于連接到一個(gè) MODEM，其他擁有 RS232 接口的設(shè)備包括打印機(jī)、數(shù)據(jù)采模塊、測(cè)試裝置和控制回路。另外， RS232 也 可以直接應(yīng)用于任何類型計(jì)算機(jī)之間的簡(jiǎn)單連接。 EIARS232C 對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。 在 TxD 和 RxD 上： 邏輯 1(MARK) = 3V～ 15V。 邏輯 0(SPACE) = +3V～ +15V。 第 4 頁(yè) 共 24頁(yè) 在 RTS、 CTS、 DSR、 DTR 和 DCD等控制線上： 信號(hào)有效 (接通， ON 狀態(tài)，正電壓 ) = +3V～ +15V。 信號(hào)無(wú)效 (斷開(kāi)， OFF 狀態(tài)，負(fù)電壓 ) = 3V～ 15V。 由于 RS232C 并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了 DB2 DB15和 DB9 各種類 型的連接器，其引腳的定義也各不相同，現(xiàn)在最常見(jiàn)的是 DB9連接器。 DB9 的信號(hào)引腳說(shuō)明如表 1 所示： 表 1 RS232 各引腳含義 RS232 Signals Pin 描述 Pin 描述 1 DCD Data Carrier Detect 6 DSR Data Set Ready 2 RXD Received Data 7 RTS Request To Send 3 TXD Transmitted Data 8 CTS Clear To Send 4 DTR Data Terminal Ready 9 RI Ring Detect 5 GND Logic Ground 還有其它兩種常見(jiàn)的 串行接口標(biāo)準(zhǔn)是 RS422和 RS574。 RS422使用低電壓和微分信號(hào)，允許線纜長(zhǎng)度到 1000 英尺 (300 米 )。 RS574 定義了 9pin PC 串行接口和電壓。 異步通迅 為使計(jì)算機(jī)理解進(jìn)入它的串行數(shù)據(jù)，它需要一些途徑?jīng)Q定 哪 里是字符的開(kāi)始和結(jié)束。 這里 僅討論異步串行數(shù)據(jù)。 在異步模式下，串行數(shù)據(jù)線保持在 mark (1)狀態(tài)，直到有字符傳送。一位起 始 start 位 、 字符內(nèi)容的每一位 、 一位可選的校驗(yàn)位 、 以及一位或一位半的終止位。起始位始終是一個(gè) space (0)，從而告訴計(jì)算機(jī)新的串行數(shù)據(jù)到來(lái)。數(shù)據(jù)能夠在任何時(shí)候傳送或接受，所以稱做異步。 圖 1 異步數(shù)據(jù)通訊 可選的校驗(yàn)是一個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)位的加和，表明了數(shù)據(jù)位包含偶數(shù)或奇數(shù)個(gè) 1。如果是偶校驗(yàn) , 當(dāng)在字符中的 1是偶數(shù)個(gè)數(shù)時(shí)，校驗(yàn)位為 0； 如果是奇校驗(yàn)，當(dāng)字符中 第 5 頁(yè) 共 24頁(yè) 的 1 是奇數(shù)個(gè)時(shí)，校驗(yàn)位為 0。 其它常見(jiàn)的校驗(yàn)如 space 校驗(yàn) , mark 校驗(yàn) , 和無(wú)校驗(yàn)。 Space 校驗(yàn)意味著校驗(yàn) 始 終為 0，而 mark 校驗(yàn)意味著校驗(yàn)位始終為 1。無(wú)校驗(yàn)意味校驗(yàn)不存在或不傳輸。 余下的被稱為停止位。這可以是 1, , 或 2 位停止位在字符之間，始終是 1。停止位原先是用來(lái)給計(jì)算機(jī)時(shí)間處理前面的字符的，但現(xiàn)在只是用來(lái)同步計(jì)算機(jī)和接收字符。異步數(shù)據(jù)格式通常表示為 8N1, 7E1，諸如此類。它們相應(yīng)地表示 8位數(shù) 據(jù)，無(wú)校驗(yàn)， 1 位停止 和 7 位數(shù)據(jù)，偶校驗(yàn)， 1 位停止 。 MODEM 簡(jiǎn)介 MODEM 目前最廣泛使用的數(shù)據(jù)傳輸通道就是模擬電話線路。計(jì)算機(jī)所能處理的數(shù)字信號(hào)不能直接進(jìn)入這樣的模擬通道， MODEM 就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備。 MODEM 從發(fā)送方串行接收數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)調(diào)制，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，最后通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)傳送到接收方，然后接收方的 MODEM 將電話線上信號(hào)解調(diào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)入計(jì)算機(jī)通道。即 MODEM 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)與模擬電話線路適合傳輸?shù)哪M信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換。 MODEM的分類和型號(hào)眾多，為了方便 Linux 操作系統(tǒng)設(shè)置，本次設(shè)計(jì)選用外置 56K MODEM。 MODEM的工作過(guò)程如圖 2 如示： 模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 圖 2 MODEM數(shù)模轉(zhuǎn)換 AT 命令 和其它通信標(biāo)準(zhǔn)一樣， MODEM 通信也有其自己的一套 規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)。 Hayes 公司的 SmartMODEM 系列產(chǎn)品已成為 MODEM 的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，而幾乎所有應(yīng)用于計(jì)算機(jī)通信的 MODEM 均號(hào)稱與 Hayes SmartMODEM 兼容。 所謂 Hayes 兼容 MODEM，主要是指它能識(shí)別并執(zhí)行稱為 AT 命令的某些命令和命令串。目前各廠家生產(chǎn)的 MODEM 除了可以執(zhí)行最基本的 Hayes 命令集外，還有自己特有的命令。 AT 命令的建立使得 DTE(Data Terminal Equipment,用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備 )從以上雜條中解脫出來(lái)，振鈴檢測(cè)、載波檢測(cè)、速率選擇等等都可以 由 MODEM 來(lái)完成。此時(shí) TXD 和 RXD 不僅僅是傳輸數(shù)據(jù)，還傳送 AT 命令。 DTE 發(fā)送 AT 命令到 MODEM， MODEM 執(zhí)行后通過(guò) RXD 返回結(jié)果給 DTE。這些命令和返回結(jié)果符合 RS232C 數(shù)據(jù)格式。 MODEM 由 AT 命令和幾個(gè)特定的 SDTE MODEM MODEM DTE 第 6 頁(yè) 共 24頁(yè) 寄存器的狀態(tài)確定 DTE 發(fā)出的是命令還是數(shù)據(jù)。 3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)采用的軟件工具有 : Windows 平臺(tái)虛擬機(jī)： 操作系統(tǒng) : Radhat 編輯器： VI 編譯器： gcc 20200222 函 數(shù)庫(kù)： glibc 系統(tǒng)頭文件： glibc_header gcc簡(jiǎn)介 Linux 系統(tǒng)下的 gcc（ GNU C Compiler）是 GNU 推出的功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的多平臺(tái)編譯器，是 GNU 的代表作品之一。 gcc 是可以在多種硬體平臺(tái)上編譯出可執(zhí)行程序的超級(jí)編譯器，其執(zhí)行效率與一般的編譯器相比平均效率要高20%~30%。 Gcc 編譯器能將 C、 C++語(yǔ)言源程序、匯 編 程序和目標(biāo)程序編譯、連接成可執(zhí)行文件，如果沒(méi)有給出可執(zhí)行文件的名字， gcc 將生成一個(gè)名為 的文件。在 Linux 系統(tǒng)中，可執(zhí)行文件沒(méi) 有統(tǒng)一的后綴，系統(tǒng)從文件的屬性來(lái)區(qū)分可執(zhí)行文件和不可執(zhí)行文件。而 gcc 則通過(guò)后綴來(lái)區(qū)別輸入文件的類別 。 雖然 稱 gcc 是 C語(yǔ)言的編譯器，但使用 gcc 由 C語(yǔ)言源代碼文件生成可執(zhí)行文件的過(guò)程不僅僅是編譯的過(guò)程，而是要經(jīng)歷四個(gè)