Interlnk/Intersvr是高版本DOS提供的用于兩臺計算機之間進行文件拷貝的支持軟件，支持異步串口和并行口兩種連接方式。目前，采用x86核心板的許多嵌入式應(yīng)用均采用該軟件進行文件下載和上傳。例如某型號發(fā)動機電子控制器，采用了PC104結(jié)構(gòu)的x86核心板，發(fā)動機運行的記錄信息保存在核心板的電子盤上，需要采用Interlnk/Intersvr下載這些信息并對發(fā)動機的工作狀態(tài)進行分析。傳統(tǒng)的作法是在實驗室工控PC平臺上完成對電子控制器的參數(shù)設(shè)置，但此方法時效性差，為了提高檢測效率，實現(xiàn)發(fā)動機運行狀態(tài)的就地分析，亟需設(shè)計外場便攜式檢測設(shè)備。

　　【摘要】針對在基于AT91SAM9263和Linux的便攜式檢測設(shè)備與發(fā)動機電子控制器之間的文件傳輸?shù)膯栴}，對電子控制使用的Interlnk/Intersvr軟件及其通信協(xié)議進行了分析研究。采用在實驗室搭建協(xié)議分析環(huán)境和源碼分析的方法，理清了Interlnk/Intersvr通信協(xié)議的報文格式、通信流程，并研究了DOS文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及訪問方法，最后在檢測設(shè)備軟件中的實現(xiàn)了文件傳輸功能。實驗結(jié)果表明，項目研究達到了預(yù)期的目標。

　　【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng),驅(qū)動器映射,波特率協(xié)商,文件數(shù)據(jù)簇

　　1.引言

　　根據(jù)項目技術(shù)規(guī)范書的要求，便攜式檢測設(shè)備采用AT91SAM9263作為CPU，嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，但由于電子控制器是定型產(chǎn)品，其運行軟件不允許修改，因此需要在便攜式檢測設(shè)備上設(shè)計實現(xiàn)Interlnk軟件。但由于Interlnk/Intersvr屬于Sewell公司早期開發(fā)產(chǎn)品，其通信協(xié)議并沒有對外公布，要在其他平臺上實現(xiàn)Interlnk功能必須首先分析其通信協(xié)議，才能在通信協(xié)議基礎(chǔ)上實現(xiàn)文件傳輸?shù)墓δ�。本文在分析該協(xié)議報文格式和通信流程的基礎(chǔ)上，深入研究了其文件訪問機制，并在便攜式檢測設(shè)備上實現(xiàn)了該功能。

　　2.Interlnk/Intersvr協(xié)議分析

　　Interlnk/Intersvr采用企業(yè)內(nèi)部制定的通信協(xié)議，并沒有協(xié)議文本，必須對其通信協(xié)議進行分析，才能理清報文格式和通信流程。因此，本文實驗設(shè)計采用3臺計算機進行報文跟蹤，并分析每條報文功能，其中一臺運行Intersvr，一臺運行Interlnk，另一臺運行支持雙端口的協(xié)議分析和報文捕獲軟件X-Mon，計算機之間采用異步串口進行通信連接。實驗環(huán)境如圖1所示。實驗環(huán)境搭建好之后，采用先啟動Intersvr和X-Mon、再啟動Interlnk的方法，便可以在X-Mon的視窗中捕獲到Interlnk/Intersvr之間的通信報文。需要說明是，由于Interlnk/Intersvr使用了變波特率機制，最初的報文是亂碼，而之后的報文是其真實的通信報文。

　　由于Interlnk/Intersvr通信信息流量很大，分析起來比較困難。本文分析從網(wǎng)上下載MSDOS6.0源代碼來解決此問題，該代碼中有Interlnk/Intersvr的實現(xiàn)源碼，其中，Interlnk是采用MASM匯編語言實現(xiàn)的常駐內(nèi)存的塊設(shè)備驅(qū)動程序，Intersvr是匯編和C語言混合編程的應(yīng)用程序。通過閱讀源代碼，可以基本分析出其報文格式和通信流程，再借助圖1所示的協(xié)議分析環(huán)境，逐項對其功能流程進行驗證，從而弄清了Interlnk/Intersvr的工作機制和實現(xiàn)方法，為后期的軟件設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

　　2.1建立通信連接

　　在Interlnk啟動之前，必須先運行Inter-svr。Interlnk啟動時先以缺省的啟動波特率與Intersvr通信，最初的通信內(nèi)容是在二者之間交換一組同步字節(jié)串，同步字節(jié)串是Interlnk/Intersvr約定的固定字節(jié)碼，Interlnk側(cè)為0xAA，0x55，0x5A，Intersvr側(cè)為0x00，0xFF，0x11，Interlnk每發(fā)送一個字節(jié)，Intersvr按順序響應(yīng)對應(yīng)的字節(jié)，這樣就完成了同步字節(jié)串的交互。接下來需要測試服務(wù)器與客戶機之間是否存在正常的通信連接。如果存在正常的通信連接，Interlnk則向Intersvr發(fā)送服務(wù)器信息請求（server_info_r），獲取服務(wù)器標識碼，確定最大報文長度、校驗碼格式等通信參數(shù)。緊接著發(fā)送初始化請求（init_packet_r），獲取服務(wù)器版本信息和存儲設(shè)備的配置狀況和訪問屬性。值得注意的是，在每次報文通信之前，需要檢測當(dāng)前波特率是否為用戶指定或允許的最大通信速率，如果不是則啟動波特率協(xié)商機制，協(xié)商確定當(dāng)前條件下可以達到的最大波特率。上述建立通信連接的過程如圖2所示。

　　2.2報文格式

　　Interlnk/Intersvr之間的報文通信格式相對比較簡單，由幀長、幀體、CRC校驗碼三部分組成。該軟件總共定義了30條通信命令，包括服務(wù)器信息請求、初始化請求、構(gòu)建BIOS參數(shù)塊（BPB）請求、讀扇區(qū)請求、寫扇區(qū)請求、通用I/O控制請求等。但是，報文幀交互過程中，需要進行復(fù)雜的報文幀同步以防止幀丟失，指示幀長字節(jié)數(shù)以及后續(xù)幀控制等。由X-Mon捕獲的一組幀如圖3所示。

　　報文幀同步的方法是：在每個報文幀發(fā)送之前先發(fā)送同步字節(jié)；不論是請求幀還是響應(yīng)幀，收到同步字節(jié)的一側(cè)立即回送該同步字節(jié)；每發(fā)送一幀，則對幀序列號加1；如幀長小于256字節(jié)，則幀長字節(jié)數(shù)標記置1，否則置0；如果還有后續(xù)信息需要發(fā)送，則對后續(xù)幀標記置1。每幀發(fā)送完之后，將后續(xù)將要收到的幀序列號發(fā)送給對方。

　　2.3建立驅(qū)動器映射

　　在通信連接建立之后，Interlnk則發(fā)送驅(qū)動器信息請求（drive_info_r）來獲取服務(wù)器所有驅(qū)動器信息，并建立驅(qū)動器映射。在驅(qū)動器映射建立之后，Interlnk側(cè)的計算機即可將服務(wù)器上的驅(qū)動器（如：硬盤）當(dāng)作本地盤使用。

　　2.4文件訪問操作

　　能夠?qū)Ψ��?wù)器文件進行訪問是項目研究開發(fā)的目標之一。根據(jù)項目技術(shù)規(guī)范書的要求，軟件需要實現(xiàn)電子控制器運行程序備份下載、數(shù)據(jù)信息文件上傳等功能，具體來說需要實現(xiàn)文件讀、寫、改名和刪除等操作。驅(qū)動器映射建立之后，Interlnk塊設(shè)備驅(qū)動程序獲取DOSShell對映射驅(qū)動器的操作，向Intersvr發(fā)送相應(yīng)的請求，完成所要求的操作。這里以信息文件下載為例介紹文件操作的執(zhí)行流程。由于Interlnk是DOS常駐內(nèi)存的塊設(shè)備驅(qū)動程序，它對服務(wù)器文件訪問與DOS一樣，都是建立在BIOS參數(shù)塊、文件目錄結(jié)構(gòu)和文件分配表基礎(chǔ)之上，因此，Interlnk首先向Intersvr發(fā)送構(gòu)建BPB參數(shù)塊命令（build_bpb_r），獲取服務(wù)器相應(yīng)驅(qū)動器的BPB參數(shù)塊；其次讀取服務(wù)器根目錄入口和文件分配表；然后從根目錄出發(fā)查找所訪問文件的入口參數(shù)，包括文件名、長度、首簇號等，根據(jù)首簇號和文件分配表獲取文件所占用的簇鏈；最后順序讀取簇鏈所在的扇區(qū)，將需要下載的信息文件讀取到Interlnk側(cè)的計算機。

　　為了實現(xiàn)對DOS文件系統(tǒng)的訪問操作，下一節(jié)對FAT16文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、訪問方法進行了進一步的分析與研究。

　　3.FAT16文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　FAT16文件系統(tǒng)把硬盤的劃分為幾個區(qū)，包括引導(dǎo)扇區(qū)、文件分配表和文件數(shù)據(jù)簇三個部分，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中，簇是文件存儲的最小單元。FAT16將磁盤分為固定大小的扇區(qū)，多個扇區(qū)構(gòu)成一個固定大小的簇。

　　引導(dǎo)扇區(qū)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中BIOS參數(shù)主要保存如下信息：a.每扇區(qū)字節(jié)數(shù)；b.每簇扇區(qū)數(shù)（2的n次方，n=1..5）；c.保留扇區(qū)數(shù)；d.文件分配表個數(shù)；e.根目錄入口數(shù)；f.每個文件分配表占用扇區(qū)數(shù)等。這些參數(shù)是FAT16文件系統(tǒng)訪問重要的參數(shù)，文件數(shù)據(jù)簇的開始扇區(qū)號、根目錄扇區(qū)數(shù)等都需要使用這些參數(shù)來推算。

　　文件分配表（FileAllocationTable，F(xiàn)AT）是Microsoft在FAT文件系統(tǒng)中用于磁盤數(shù)據(jù)（文件）索引和定位引進的一種鏈式結(jié)構(gòu)。為了保障文件系統(tǒng)的可靠性，DOS設(shè)計了兩個文件分配表，一個是主分配表，另外一個是備份表，主表損壞時采用備份表進行系統(tǒng)恢復(fù)。在FAT文件系統(tǒng)中，文件的存儲依照FAT表中的簇鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進行，如圖6所示。同時，F(xiàn)AT文件系統(tǒng)在組織數(shù)據(jù)時將目錄也抽象為文件，以簡化對數(shù)據(jù)的管理。

　　基于FAT16文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，2.4節(jié)介紹的信息文件下載算法的類C語言描述如下：

　　voidcopy_file_to_client（char*fn，char*en）

　　{

　　i=0；

　　while（1）//在目錄表中找文件入口

　　{

　　if（strncmp（root[i].filename，fn，8））

　　{i++；continue；}

　　if（strncmp（root[i].extname，en，3））

　　{i++；continue；}

　　cluster=root[i].cluster_num；//首簇號

　　filelen=root[i].file_len；//文件長度

　　break；

　　}

　　//還沒有讀取的文件內(nèi)容的長度

　　remain_byte_number=filelen；

　　do

　　{//讀當(dāng)前簇的文件內(nèi)容

　　if（sread（pio，sectors_per_cluster，file_sector_num）

　　&STATUS_ERROR）return；

　　//還沒有讀取的文件內(nèi)容的長度

　　if（remain_byte_number>=bytes_per_cluster）

　　remain_byte_number-=bytes_per_cluster；

　　elseremain_byte_number=0；

　　//從簇鏈中獲取下一簇號

　　if（cluster！=-1）cluster=FAT[cluster]；

　　if（cluster==-1）break；//EOF

　　}while（remain_byte_number>0）；

　　}

　　4.結(jié)束語

　　針對在linux中通過Interlnk/Intersvr訪問DOS系統(tǒng)文件的問題，本文采用了gcc-arm-linux交叉編譯工具對項目軟件中文件傳輸模塊進行了設(shè)計實現(xiàn)。其中，檢測設(shè)備采用異步串口與Intersvr服務(wù)器進行物理連接，文件傳輸模塊采用了與Interlnk相同的方式與Intersvr進行同步、通信連接和波特率協(xié)商，并將用戶需要下載的文件信息在本地列表顯示，供用戶選擇下載。同時，檢測設(shè)備還支持將用戶存儲在移動光驅(qū)中的運行軟件下載到電子控制器。檢測設(shè)備與電子控制器之間文件相互傳輸?shù)脑囼灡砻鳎憾�者之間的通信連接正常，文件傳輸正確可靠，達到了項目研究預(yù)期的目的。

　　參考文獻

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