windows操作系统原理_win11_冯洛伊曼原理讲解

在工业现场，监控系统经常采用RS-485/423/422通信标准。然而，在Windows2K平台下，复杂的多机通信和大数据量的传输会加重计算机的负担。作者采用自制的多机通信卡解决了这一问题。本文介绍了Windows2K平台下多机通信的基本原理，论述了多机通信卡的设计方法，进一步阐述了驱动程序设计的一般原则。

在电力监控系统中，为保证数据通信的可靠性，从机经常采用RS-485标准接口同主机进行通信。通常，主机是一台安装有Windows9X、WinNT或Windows2K等操作系统的计算机。从机为8051单片机系统，8051串行口的输入输出为TTL电平，抗干扰性较差，只能在几米的范围之内传输数据。

为了增强抗干扰性，提高串地通信的可靠性，增加传输距离，必须采用标准串行总线接口。若将串行口的输入输出电平转换成目前流行的RS-485标准串行总线接口，那么主机也必须完成相应的RS-485转换接口。普遍采用的做法是给计算机外接一个RS-485/232转换接口卡，利用现有的RS-232接口完成主机同从机之间的通信。

在单机通信的情况下，这种做法是可以的。但是在多机通信中，实现起来非常麻烦，而且会大量占用计算机CPU的时间。下面介绍Windows平台实现通信的几种基本方式，以及开发多机通信卡的方法和技巧。

利用计算机的串行通信适配器，其核心为可编程异步UART8250芯片，8250由10个可寻址寄存器供CPU读/写，实现与外界的数据通信，制动通信协议和提供通信状态信息。这样，可以满足单机通信的要求。

8051单片机的串行通道是一个全双工的串行通信口，既可以实现双机通信，也可以实现多机通信。当串行口工作在方式2或方式3时，若特殊功能寄存器SCON的SM2由软件置为“1”，则为多机方式；若SM2置为“0”，则为9位异步通信方式。

在多机通信时，8051的帧格式是11位，其中第9位是SCON中的TB8，它是多机通信时发送地址（TB8=1）或发送数据（TB8=0）的标志。

计算机给每台8051单片机系统发送9位数据，查询是否有要发送的数据，并等待应答。若有，则接收数据；没有，则继续查询下一台。由此可以看出，这种通信方式速度是很慢的（如果有一台8051长时间没有响应，则耗时更长），而且也并不可靠，从机的台数越多则计算机的资源浪费就会越严重。这种实现方式效率不高，不能满足我们的通信要求。

因此，直接利用计算机串口的方式进行通信是行不通的。为了尽可能减轻CPU的负担，采用自行设计的智能通信卡，利用中断方式的通信（这里指的是从机与通信卡之间的通信方式），来解决这个问题。

为完成异步串行通信，首先就需要实现异步的功能，其次还要实现多机通信时发送的帧格式。考虑到8051除了实现异步收发的功能外，还可以编制控制程序，使用起来更加灵活、方便，因此，用8051来实现异步。为了提高通信速度，从机与通信卡之间采用中断通信方式。

图示的这种硬件结构，使从机解放出来，平时不必处于状态。当计算机要求通信时，可以利用多机通信卡的处理器向从机发出中断信号，即通信卡通过3487（TTL电平转换为RS-485电平），从机通过3486（RS-485电平转换为TTL电平）进行从机中断信号联系。从机进入中断服务程序后，则关闭外部中断，保护现场，主机发送的地址信号，并对其进行识别，如果与本机地址相符，取消，进入通信状态。

通信卡与计算机进行通信是通过数据接口和译码电路实现的。该接口卡利用中断方式与计算机通信，即通信卡向计算机发出中断请求，计算机接收到相应中断请求后，执行数据收发的任务。其中，计算机对通信卡的访问是利用内存映射方式实现的。

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