CN102819430B - 一种在linux环境下实现串行通信接口的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在linux环境下实现串行通信接口的装置，该装置基于glib库并使用d-bus作为进程间通信软件，包括：通过串口与微处理器进行通信的串口设备模块；glib模块，使用glib库设置串口缓冲与读取机制；d-bus？API模块，使用d-bus？API实现glib模块与上层应用模块之间的通信；上层应用模块，使用各种支持d-bus技术的语言编写相应的应用代码以实现所需要的串口功能。本发明使得用户可以实现自己需要的UI与相应的功能，便于设备开发时的调试与使用。

Description

一种在linux环境下实现串行通信接口的装置及方法

技术领域

本发明属于计算机领域，尤其涉及一种在linux环境下实现串行通信接口的装置及方法。

背景技术

串行通信接口简称串口，是计算机上最常用的一种接口，具有成本低廉，使用简单，只需要一对传输线就可以实现双向通信等优点。由于这些优点，有很多设备使用串口与计算机进行通信，包括蓝牙设备，GPS设备，GPRS设备等等。目前，由于通用串行总线的易用性与支持热插拔和即插即用等优点，这些设备逐渐地使用通用串行总线虚拟出串口与计算机进行通信。目前各个linux发行版中一般自带使用异步传输协议与串口的软件，比如支持xmodem协议的minicom，等。但是这些软件仅仅具有简单的输入输出功能，不能满足设备开发时的调试与使用需求。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明提供一种在linux环境下实现串行通信接口的装置，该装置基于glib库，并使用d-bus作为进程间通信软件，包括：

串口设备模块，通过串口与微处理器进行通信；

glib模块，使用glib库设置串口缓冲与读取机制；

d-busAPI模块，使用d-busAPI实现glib模块与上层应用模块之间的通信；

上层应用模块，使用各种支持d-bus技术的语言编写相应的应用代码以实现所需要的串口功能。

进一步，根据本发明的装置，在操作系统的用户层通过read函数获得串口设备描述符，设置串口参数，与串口建立通信关系，并保存相关参数。

进一步，本发明装置中所述glib模块进一步包括，

第一模块，用于使用glib库的GkeyFile技术将串口参数保存成可读写配置文件；以及

第二模块，用于使用glib库的GIO技术对串口设备进行缓存，并实现串口设备和本装置之间的数据交互。

进一步，本发明装置中所述d-busAPI模块，进一步用于在glib模块和上层应用模块之间，使用glib-d-bus技术，以d-busAPI实现各功能模块；所述各功能模块包括：串口参数保存模块、GPS协议解析功能模块、用户自定义协议栈测试模块、蓝牙测试功能模块、文件传输功能模块、定时发送与接收功能模块、输入输出同步、异步显示模块、Modem功能模块。

进一步，本发明装置中所述上层应用模块，进一步用于针对所述各功能模块的d-busAPI，使用各种图形框架实现相应功能模块的图形界面和python脚本。

此外，本发明还提供了一种在linux环境下实现串行通信接口的方法，该方法基于glib库并使用d-bus作为进程间通信软件，该方法包括：步骤（1）在操作系统的用户层通过read函数获得串口设备描述符，设置串口参数，与串口建立通信关系，并保存相关参数；步骤（2）用于使用glib库的GkeyFile技术将串口参数保存成可读写配置文件；步骤（3）用于使用glib库的GIO技术对串口设备进行缓存，并实现串口设备和本装置之间的数据交互；步骤（4）用于在glib模块和上层应用模块之间，使用glib-d-bus技术，以d-busAPI实现各功能模块；步骤（5）用于针对所述各功能模块的d-busAPI，使用各种图形框架实现相应功能模块的图形界面和python脚本。

进一步，本发明所述方法中的步骤（4）中所述各功能模块包括：串口参数保存模块、GPS协议解析功能模块、用户自定义协议栈测试模块、蓝牙测试功能模块、文件传输功能模块、定时发送与接收功能模块、输入输出同步、异步显示模块、Modem功能模块。

本发明通过glib实现对通用串行总线虚拟的串口、实际串口、其他虚拟串口实现可移植的调试软件核心逻辑、建立在核心逻辑上的D-BusAPI以及通过D-Bus的各种banding技术在各个banding下面实现的调试或者应用。由于所有功能模块都使用d-busAPI实现，所以通过支持d-bus的语言，本发明设计的串口模块使得用户可以实现自己需要的用户界面UI与相应的功能，便于设备开发时的调试与使用。

附图说明

图1是根据本发明的实现串行通信接口的装置的结构示意图；

图2是根据本发明的装置实现所需的各功能的示意图；

图3是本发明所述方法的流程图；

图4是本发明方法实现的串行通信接口的结构示意图。

具体实施方式

为了更详细说明本发明的实施或者表示本发明的技术细节，下面对本发明中所使用的技术进行详细说明。

Glib库是GTK+和GNOME工程的基础底层核心程序库，是一个综合用途的实用的轻量级的C程序库，它提供C语言的常用的数据结构的定义、相关的处理函数，有趣而实用的宏，可移植的封装和一些运行时机能，如事件循环、线程、动态调用、对象系统等的API（应用程序编程接口）。它能够在类UNIX的操作系统平台（如LINUX，HP-UNIX等），WINDOWS，OS2和BeOS等操作系统上运行。

D-Bus是freedesktop下开源的LinuxIPC通信机制，使用GPL许可证发行。本身Linux的IPC通信机制包括，管道（fifo），共享内存，信号量，消息队列，Socket等。D-Bus最主要的用途是在Linux桌面环境为进程提供通信，同时能将Linux桌面环境和Linux内核事件作为消息传递到进程。D-Bus是一个消息总线系统，其功能已涵盖进程间通信的所有需求，并具备一些特殊的用途。D-Bus是3层架构的进程间通信系统，包括：

1、接口层。接口层由函数库libdbus提供，进程可通过该库使用D-Bus的能力。函数库libdbus用于两个应用程序呼叫联系和交互消息。

2、总线层。总线层由D-Bus总线守护进程（Messagebusdaemon）提供，总线守护进程可同时与多个应用程序相连，并能把来自一个应用程序的消息路由到0或者多个其他程序。

3、包装层。包括一系列基于特定应用程序框架的Wrapper库，比如libdbus-glib,libdbus-python。

目前支持d-bus的图形界面框架包括，QT，java，GTK+等等。

本发明目的是实现一种在linux环境下实现串行通信接口的方法，其使用glib技术完成串口通信逻辑，以d-bus作为进程间通信基础，实现基于d-bus的API。本发明通过glib实现对通用串行总线虚拟的串口、实际串口、其他虚拟串口实现可移植的调试软件核心逻辑、建立在核心逻辑上的D-BusAPI以及通过D-Bus的各种banding技术在各个banding下面实现的调试或者应用。

图1是根据本发明的实现串行通信接口的装置的结构示意图。

该图示意一种从下向上，从底层到上层的串口调试工具层次结构图。在底层，串口设备通过串口与微处理器进行通信。在中间层，使用glib库设置串口缓冲与读取机制。而在上层应用层和中间层之间，使用先进的d-bus技术作为通信的桥梁。最后在上层应用层，可以使用各种支持d-bus技术的语言编写相应的应用代码以实现所需要的功能。

图2是根据本发明的装置实现所需的各功能的示意图。

以下从串口参数保存模块开始，按顺时针的顺序对图2所示各模块进行说明。

1、串口参数保存模块：一般的，普通软件只能保存串口的波特率，校验位等简单参数。本发明先获得串行通信设备ID，并将串口参数和设备ID通过glib的GkeyFile结构体，以配置文件的方式存放到指定文件夹下，默认配置文件名为serial-[设备ID名]。这样下次启动时，可以根据不同的设备ID号读取不同的串口参数对串口进行自动初始化。本发明的串口参数设置，串口缓冲区设置以及参数保存函数都实现了d-busAPI。

2、GPS协议解析功能模块：通用的GPS串行通信设备一般支持NMEA协议，本发明为了方便产品设计与开发，将NMEA协议解析功能作为一个模块集成到本发明中。通过分析NMEA协议，通过本发明可以得到当前GPS可查找的卫星数目，地理位置信息，日历等参数。作为一个选项，本发明将这些参数以d-busAPI的形式实现。通过调用不同的API，可以获取相应的参数。

3、用户自定义协议栈测试模块：目前，相当一部分的串行通信设备是由客户自己开发的，客户为与这些设备进行通信，需定义自己的通信协议。为满足这样的需求，本发明定义了一套d-busAPI来定义协议栈，本发明的软件可以通过得到的协议与串行通信设备进行通信。

4、蓝牙测试功能模块：目前，大部分的蓝牙设备也使用串行总线进行通信，并且使用Bluez软件作为蓝牙协议栈。本发明为了方便用户进行蓝牙测试，实现了蓝牙配对，音乐播放，文件传输等常用蓝牙功能，其中以d-busAPI实现这些功能。

5、文件传输功能模块：部分串行通信设备是作为数据传输用的，所以本发明通过glib的Garray结构实现了一个d-busAPI来支持文件的传输。

6、定时发送与接收功能模块：在某些情况下，比如压力测试时，需要使用到定时发送与接收的功能。为满足这种需要，本发明通过glib的timer工具实现了一种定时发送接收的d-busAPI。

7、输入输出同步、异步显示模块：本发明将串行总线输出数据进行行缓存，可以实现将对应输入行进行输出，也可以直接获得全部输出。同样的这种功能也以d-busAPI的形式实现。

此外还包括Modem功能模块：目前，Modem设备大多以串行总线实现控制接口，本发明根据标准的3GPP协议集成了短信发送功能。这样，用户可以通过短信的收发测试Modem设备。并且，本发明也集成了一般常用的Modem命令，通过d-busAPI可以获得Modem的信号强度，Modem时间，短信查看，短信发送，来电查看，电话拨打，Modem使能以及Modem休眠等功能。

最后，对串口的各功能模块进行d-busAPI封装，针对上述实现的API，使用各图形框架设计图形界面。通过d-busAPI可实现java图形界面、QT图形界面、GTK+图形界面、python脚本。

由于上述所有功能都实现了d-busAPI，所以通过支持d-bus的语言，本发明设计的串口模块使得用户可以实现自己需要的用户界面UI与相应的功能。

图3是本发明所述方法的流程图。其基于glib库，并使用d-bus作为进程间通信软件。以下也按照由下至上的方式对图3进行说明。最下方是串口设备。首先，在操作系统的用户层通过read函数获得串口设备描述符；然后，通过人工设置串口参数与串口建立通信关系，并保存相关参数；使用glib库的GkeyFile技术将串口参数保存成可读写配置文件；使用glib库的GIO技术对串口设备进行缓存，并实现串口设备和本发明装置之间的数据交互；在中间层的glib库和上层应用之间，使用glib-dbus技术实现本发明各功能模块的d-busAPI；最后，在最上方，利用d-busAPI实现各种图形框架下的软件与python调试工具等。因此，用户可以通过本发明实现的d-busAPI实现自己的UI与相应功能。

图4是本发明方法实现的串行通信接口的结构示意图。图4最下方表示本发明方法支持的各种Linux版本，例如，Android、Meego、Moblin、Maemo、支持d-bus的操作系统，等等。中间的三个方框表示本发明的方法中各功能是依据glib和d-bus技术实现，其支持串口设备、glib核心逻辑、d-busAPI。最上方表示本发明的方法可以支持通过java，QT，GTK+，python等软件编写的UI程序。

本发明基于glib技术和使用d-bus实现相关结构的API。包括实现了文件传输、GPS、modem等功能。其使用了glib来进行主要逻辑编写，使用d-bus实现进程间通信与API接口。最后对应不同的图形框架实现相应的程序。这样保证了本发明在linux及其衍伸版本下的通用性。使用glib实现串行通信逻辑，并给出D-BusAPI，其显著特点是使程序员能够通过调用API来实现复杂的串口操作，并且具有D-BusAPI的软件可以在linux的多个发行版及其衍伸版（比如android、maemo、moblin、meego等等）中实现其图形界面。

以上是对本发明的优选实施例进行的详细描述，但本领域的普通技术人员应该意识到，在本发明的范围内和精神指导下，各种改进、添加和替换都是可能的，例如调整接口调用顺序、改变消息格式和内容、使用不同的编程语言（如C、C++、Java等）实现等。这些都在本发明的权利要求所限定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种在linux环境下实现串行通信接口的装置，该装置基于glib库并使用d-bus作为进程间通信软件，其特征在于，包括：

串口设备模块，通过串口与微处理器进行通信；

glib模块，使用glib库设置串口缓冲与读取机制；

d-busAPI模块，使用d-busAPI实现glib模块与上层应用模块之间的通信；

上层应用模块，使用各种支持d-bus技术的语言编写相应的应用代码以实现所需要的串口功能；

所述glib模块进一步包括第一模块，用于使用glib库的GkeyFile技术将串口参数保存成可读写配置文件；以及

第二模块，用于使用glib库的GIO技术对串口设备进行缓存，并实现串口设备和本装置之间的数据交互；

所述d-busAPI模块，进一步用于在glib模块和上层应用模块之间，使用glib-d-bus技术，以d-busAPI实现各功能模块；所述各功能模块包括：

串口参数保存模块、GPS协议解析功能模块、用户自定义协议栈测试模块、蓝牙测试功能模块、文件传输功能模块、定时发送与接收功能模块、输入输出同步、异步显示模块、Modem功能模块；

所述串口参数保存模块先获得串行通信设备ID，将串口参数和设备ID通过glib的GkeyFile结构体，以配置文件的方式存放到指定文件夹下，串口参数设置、串口缓冲区设置以及参数保存函数以d-busAPI实现；

所述GPS协议解析功能模块得到当前GPS可查找的卫星数目、地理位置信息和日历参数，将所述卫星数目、地理位置信息和日历参数以d-busAPI的形式实现，通过调用不同的API，可以获取相应的参数；

所述用户自定义协议栈测试模块定义一套d-busAPI来定义协议栈；

所述蓝牙测试功能模块以d-busAPI实现蓝牙配对、音乐播放、文件传输功能；

所述文件传输功能模块通过glib的Garray结构以d-busAPI支持文件传输。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

在操作系统的用户层通过read函数获得串口设备描述符，设置串口参数，与串口建立通信关系，并保存相关参数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述上层应用模块，进一步用于针对所述各功能模块的d-busAPI，使用图形框架实现相应功能模块的图形界面和python脚本。

4.一种在linux环境下实现串行通信接口的方法，该方法基于glib库并使用d-bus作为进程间通信软件，其特征在于，包括：

步骤(1)在操作系统的用户层通过read函数获得串口设备描述符，设置串口参数，与串口建立通信关系，并保存相关参数；

步骤(2)使用glib库的GkeyFile技术将串口参数保存成可读写配置文件；

步骤(3)使用glib库的GIO技术对串口设备进行缓存，并实现串口设备和本装置之间的数据交互；

步骤(4)在glib模块和上层应用模块之间，使用glib-d-bus技术，以d-busAPI实现各功能模块；

步骤(5)针对所述各功能模块的d-busAPI，使用图形框架实现相应功能模块的图形界面和python脚本；

步骤(4)中所述各功能模块包括：串口参数保存模块、GPS协议解析功能模块、用户自定义协议栈测试模块、蓝牙测试功能模块、文件传输功能模块、定时发送与接收功能模块、输入输出同步、异步显示模块、Modem功能模块；

所述串口参数保存模块先获得串行通信设备ID，将串口参数和设备ID通过glib的GkeyFile结构体，以配置文件的方式存放到指定文件夹下，串口参数设置、串口缓冲区设置以及参数保存函数以d-busAPI实现；

所述GPS协议解析功能模块得到当前GPS可查找的卫星数目、地理位置信息和日历参数，将所述卫星数目、地理位置信息和日历参数以d-busAPI的形式实现，通过调用不同的API，可以获取相应的参数；

所述用户自定义协议栈测试模块定义一套d-busAPI来定义协议栈；

所述蓝牙测试功能模块以d-busAPI实现蓝牙配对、音乐播放、文件传输功能；

所述文件传输功能模块通过glib的Garray结构以d-busAPI支持文件传输。