基于中标麒麟操作系统的串口调试方法研究

摘  要： 为了实现中标麒麟操作系统下的串口调试，提出了两种调试方法：利用系统自带的minicom调试工具；采用图形化用户界面开发软件Qt4编写调试程序的方法。分别对VGA8×4矩阵切换器进行串口通信控制实验。实验结果表明，两种调试方法都能成功实现对矩阵切换器的控制，且都比较简单实用。
关键词： 中标麒麟操作系统； 串口调试； minicom； Qt4； 矩阵切换器
       目前,由于国产的中标麒麟操作系统有着高安全性,以及其功能、稳定性、效率方面都达到国外同类产品水平,部分指标还要优于国外同类产品，极大地降低了采购成本及维护成本等特点,中标麒麟操作系统逐步地应用到了部队、国家大型的建设项目、企事业单位中，如国家电网D5000项目等[1]。串口作为一种广泛应用的计算机接口，计算机对设备进行通信控制几乎都是通过串口进行的。在中标麒麟操作系统下进行串口调试与Windows不同,本文将介绍两种中标麒麟操作系统下的串口调试方法。
1 串口编程
      在任何操作系统下,串口调试程序的编写都是按照打开串口设备、初始化串口和串口读写操作的步骤进行[2]。
1.1 打开串口
     中标麒麟操作系统与Linux系统类似都是基于文件的，把硬件设备都看作文件，对硬件设备进行操作，就是对设备文件的操作[3]。串口设备的设备文件是用“/dev/ttyS0”、“/dev/ttyS1”来命名的，Windows下的“COM1”对应于中标麒麟下的“/dev/ttyS0”。打开串口只需要调用open()函数打开设备文件即可。
1.2 初始化串口
     串口的初始化设置包括波特率、数据位、奇偶校验位、停止位和流控制设置。对它们各自进行设置时都有多种选择，因此编程时一般采用switch()函数实现。
1.3 串口读写操作
     串口工作模式有阻塞方式和非阻塞方式两种。阻塞方式比较简单，当对串口进行操作时，如果条件不满足，操作会被阻塞，只有条件满足时操作才会进行；非阻塞方式是采用轮询对串口进行操作，编程时可以定义一个定时函数，通过定时实现对串口缓冲区的访问[2]。
2 minicom串口调试软件
2.1 minicom简介
      minicom的功能与Windows系统下的超级终端类似，计算机可以利用此软件通过串口控制外部硬件设备。
2.2 minicom安装
     中标麒麟操作系统最新发行版（NeoKylin3.2.1）的系统盘中集成有minicom的rpm安装包,因此只需要将系统盘插入电脑，打开终端，运行#yum list | grep minicom 命令查看minicom的版本， 然后采用#yum install命令安装。
2.3 minicom配置及使用
       第一次运行minicom，为了保证minicom能正确地对CPU进行读写操作，需要对minicom的端口和波特率等进行配置[4]。
     进入root输入#minicom-s命令,确定后会弹出minicom的配置界面如图1所示。
   
   2.4 minicom控制VGA8×4矩阵切换器
     VGA8×4是8输入4输出的矩阵切换器,它具有标准的RS-232串行通信接口,用户可以通过RS-232接口，进行计算机远端控制。其通信控制协议：波特率为9 600 b/s，数据位为8 bit，停止位1 bit，没有奇偶校验位和流控制位。控制命令格式为：设备号+输出端口号+控制符+输入端口号+！。其中“设备号”和“控制符”都是1个字符位，“输出端口号”和“输入端口号”都是2 bit数字，“！”是命令结束符。例如：设备号为A，以视频控制方式（控制符为“[”），第3路输入信号切换到第1路输出，其控制命令为“A01[03！”。如果控制成功，矩阵切换器前面板中由4个数码管组成的状态显示区会显示“0103”4个数字，它表示矩阵切换器当前的状态为第1路输出信号是由第3路输入的[5]。
     利用minicom控制矩阵切换器以视频控制方式，第3路输入后由第2路输出的控制实验如图3所示。图3中上侧图显示minicom发送的控制名令为A02[03！,下侧图可以看出矩阵切换器前面板4个数码管显示0203，这说明控制实验成功。
   
   3 Qt4编写串口调试程序
3.1 Qt简介
    Qt是挪威的Trolltech公司开发的面向对象的C++图形用户界面程序开发框架。Qt以其作为一个跨平台框架而着称，它使用“一次编写，随处编译”的方式为开发包括Windows、Linux和Mac等多平台的应用软件提供方便，在中标麒麟操作系统下也可以用Qt编程。Qt拥有直观、强大的API，用户只要具备一定的C/C++基础，就能够快速地用Qt编写应用程序[6]。
     NeoKylin3.2.1系统安装盘中集成有Qt4.6版本的rpm安装包，要想安装Qt只需将系统盘插入电脑，采用install命令就能把Qt4.6安装到自己的电脑中。
3.2 Qt串口编程
     到目前为止，Qt的发行版本中还没有专门针对串口定义控制类，要用Qt编写串口调试程序，最简单的方法是使用第三方编写的Qextserialport类[7-8]。Qextserialport继承自Qt定义的对输入/输出设备操作的基类QIODevice。Qextserialport类中完整定义了包括打开串口、串口初始化设置和读写串口的一系列操作。使用Qextserialport类编写串口调试程序时，只需将串口操作相关的参数传递给它，就能完成相应的功能。因此，使用Qextserialport类编写串口调试程序时,只需要编写很少的代码就能实现串口调试的功能。
3.3 Qt4编写VGA8×4矩阵切换器控制程序
     控制要求：矩阵切换器的第3路输出连接一个40英寸的大屏幕显示器，第1路至第4路输入分别连接4台计算机，要求编写控制程序，通过4个控制按钮实现大屏幕显示器可以选择显示4台计算机。
     根据前面矩阵切换器的介绍可知4个按钮发送的控制命令分别是：A03[01!、A03[02!、A03[03!和A03[04!。Qt中定义了信号与槽机制，槽与信号连接在一起，每当发射这个信号时，就会自动调用这个槽。在设计4个按钮时，就用信号与槽机制，当点击按钮时，会发送一个信号,同时定义一个响应槽函数实现相应数据的发送。控制程序流程图4所示，程序界面如图5所示。
     部分程序代码如下：
     mySerial = new
     Posix_QextSerialPort("/dev/ttyS0",QextSerialBase::Polling );
               //定义串口对象，指定串口名,使用查询方式
     mySerial ->open(QIODevice::ReadWrite);
                                   //以读写方式打开串口
     mySerial ->setBaudRate(BAUD9600);
                               //波特率设置为9 600 b/s
     mySerial ->setDataBits(DATA_8);
                                   //设置数据位为8 bit
     mySerial ->setParity(PAR_NONE);
                                  //奇偶校验设置为无校验
     mySerial ->setStopBits(STOP_1);
                                   //停止位设置为1 bit
     myCom->setFlowControl(FLOW_OFF);
                             //流控制设置为无流控制[7]
     图5和图6显示了通过Qt4编程控制矩阵切换器实现大屏幕显示2号计算机的实验情况。根据显示结果可知，控制实验成功。