基于Lua腳本語言的嵌入式UART通信方案設計

摘要：針對變電站中采用UART串口通信規約進行信息傳遞的各種外圍設備，在需要與其進行通信的IED智能裝置的開發中，設計了一種基于Lua腳本語言的嵌入式通信方案。通過該方案，可將具體串口報文規約的組建和解析交給Lua腳本進行處理，使設計者在具體裝置的軟件開發中，僅關注其與外圍設備以及Lua腳本間交互接口的設計，而不用關心具體的串口通信規約，從而提供了一種裝置串口通信的現場可配置化方案，提高了裝置應用的靈活性。
關鍵詞：Lua；UART；串口通信；智能電子設備

引言
隨著變電站智能化程度的逐步提高，對溫度、濕度等現場狀態參量的采集需求也越來越多。就目前而言，在現場應用中，此類設備多采用RS232或RS485等UART串行通信方式和IED(Intelligent Electronic Device，智能電子設備)裝置進行交瓦。一般來說，不同的設備采用的通信數據幀格式并不相同。各式各樣的串口數據幀格式，對IED裝置的軟件定型造成一定的困難。傳統的做法一般是由裝置生產廠家指定和其配套的外圍設備，裝置的靈活性不夠理想。本文針對此類問題，提出了一種基于Lua腳本語言的解決方案，可有效地提高IED裝置對各種類型
串口數據報文幀格式的適應性。該方案將具體串口報文規約的組建和解析交給Lua腳本進行處理，從而使設計者在裝置的軟件開發中，可僅關注于相關接口的設計，而不用關心具體的串口通信規約，從而方便軟件的定型，并提高了裝置自身在應用中的靈活性。

1 Lua腳本語言介紹
Lua是一種源碼開放的、免費的、輕量級的嵌入式腳本語言，源碼完全采用ANSI(ISO)C。這一點使它非常適合融入目前以C語言為主的嵌入式開發環境之中。兩者之間實現交互的關鍵在于一個虛擬的棧，通過該虛擬棧和Lua提供的可對該棧進行操作的相關接口函數，可以很方便地在它們之間實現各種類型數據的傳遞。
與其他腳本語言(如Perl、Tcl、Python等)相比，Lua表現出了足夠的簡單性以及非常高的執行效率，結合其與平臺的高度無關以及充分的可擴展性，這使得它越來越多地得到大家的關注。因此，在本文的方案中優先選用Lua腳本來進行設計。

2 系統方案概述
本方案主要是圍繞著IED裝置和外圍串口設備之間的通信來進行設計的，系統框架如圖1所示。

當IED裝置開始運行時，將創建一個用于UART通信的讀寫調度任務。在該任務中，首先通過Lua提供的接口函數來啟動其腳本引擎，并創建Lua虛擬機。然后即可將用戶編寫的C函數注冊到Lua虛擬機中去，并將存在于Flash文件系統巾獨立于裝置C程序的Lua腳本文件加載到虛擬機中，從而建立起Lua和C的交互環境。在系統應用中，將需要發送到外圍設備的具體數據內容都放在Lua腳本文件中。當裝置C程序需要發送數據時，通過通信讀寫調度程序及虛擬機的配合，將這部分數據取出，并調用串口驅動程序發送給外圍設備。當收到外圍設備發給IED裝置的報文時，再將相應數據傳給虛擬機中運行的腳小程序進行處理，并由Lua根據數據處理結果來調用已注冊的C函數進行相關業務處理。