PDA 與PC 數(shù)據通信技術及其實現(xiàn)研究

趙 強，秦紅彥

（河北遠東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050200）

0 引 言

個人數(shù)碼助理（Personal Digital Assistant，PDA）是一種集成了計算、個人信息管理、通信等多種功能的科技產品，由于具備操作便捷、體積輕薄、便于攜帶等優(yōu)勢而得到了普及。PDA 和個人計算機（Personal Computer，PC）之間數(shù)據通信功能的實現(xiàn)，擴展了PDA 的應用能力，為PDA 的動態(tài)程序加載提供了更多底層支持。因此，技術人員應該做好該模式下數(shù)據通信系統(tǒng)的設計工作，真正發(fā)揮出數(shù)據通信技術的價值，為人們的辦公、生活提供更多便捷。

1 基于PDA 與PC 數(shù)據通信技術的協(xié)議設計

1.1 通信協(xié)議基礎的分析

在硬件層面上使PDA 和PC 參與到數(shù)據通信中的難度較高，此時需要在硬件上適當擴展軟件層，使其成為硬件與應用程序之間的接口。該軟件層即為通信協(xié)議，能夠定義PC 進行數(shù)據通信時需要使用的格式，而用于實現(xiàn)通信協(xié)議的軟件即為通信協(xié)議軟件。通信協(xié)議主要為分層結構，每一層均負責達成通信目標的一部分，而每個子層協(xié)同合作共同完成數(shù)據通信任務。目前，較為常用的協(xié)議為傳輸控制協(xié)議/網絡協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）屬于網際互聯(lián)PC 相互通信時使用的協(xié)議，建立在該協(xié)議上的互聯(lián)網具有虛擬網絡的性質，與網絡硬件相關的細節(jié)均被屏蔽，說明在網絡硬件結構具有差異性的情況下，在TCP/IP 協(xié)議基礎上則基本一致。TCP/IP 協(xié)議是一種協(xié)議棧，除了涵蓋字面上的TCP 協(xié)議、IP 協(xié)議外，還涵蓋了其他協(xié)議，但以TCP協(xié)議、IP 協(xié)議為核心，每一層可以定義各協(xié)議負責的任務。TCP/IP 協(xié)議與國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）/開放式系統(tǒng)互聯(lián)（Open System Interconnect，OSI）模型等價，但前者為互聯(lián)網標準，后者僅為理論模型。在PDA 與PC數(shù)據通信技術的協(xié)議設計中，可以參考2 種模型開展設計工作[1]。2 種結構體系的對比如圖1 所示。

圖1 TCP/IP 協(xié)議與ISO/OSI 模型結構的體系對比

1.2 通信協(xié)議設計的問題

通信協(xié)議屬于數(shù)據通信雙方共同遵循的約定，包括從物理線路電氣特性到各PC 進程間共享資源的所有內容。在通信協(xié)議設計中，應該處理好以下6 個問題。第一，命令識別。設計的指令要滿足PDA 和PC 雙方均可識別的要求，還可以按照命令內容做出相應的動作。例如，可以設計“Sync_Error”指令代表同步失敗，證實在PDA 或PC 端接收指令后發(fā)生了不可預料的錯誤，此時要停止傳輸或重新傳輸；設計“Sync_OK”指令代表同步通信開始，當PDA 或PC端接收指令后，便可以準備開辟充足的緩存區(qū)，準備接收數(shù)據信息等。第二，數(shù)據識別。PDA 和PC 應具有相互識別傳輸數(shù)據的能力，如設計的每個數(shù)據包內應涵蓋數(shù)據本體和循環(huán)冗余校驗碼等額外的控制數(shù)據，便于在PDA 接收幀后可以迅速識別出數(shù)據與校驗碼。第三，通信異常檢測。PDA 和PC 應具有檢測、處理部分意外情況的能力，如在PDA 端內存已滿但PC 端仍然處于數(shù)據傳輸狀態(tài)時，可以設計“Err_Memory_Full”的信號傳輸至PC 端，當接收到信號后便可以停止傳輸和提醒用戶PDA 內存已滿，防止出現(xiàn)內存溢出的問題。第四，無效指令識別。在PDA 因錯誤接收到不符合通信協(xié)議的命令時，PDA 要具有識別非法指令和處理的能力。例如，通知PC 端重新發(fā)送指令，提示出錯中止數(shù)據傳輸，或向對方返回錯誤代碼，便于提升系統(tǒng)自身的容錯性。第五，協(xié)議雙方響應。當接收到來自對方的命令、數(shù)據時，PDA 與PC端均要做出響應。例如，可以設計“Cmd_Download_Start”命令，便于讓用戶知曉下載任務的開始，按照實際情況做好接收數(shù)據的準備。第六，通信控制權確定。通信控制權的確定本質上是確定由PDA 還是PC端負責主要控制的問題。考慮到PC 端設計和開發(fā)比PDA更加便捷、簡單，可以將通信控制權設置在PC上，即通常由PC 控制數(shù)據傳輸，PDA 負責等待通信命令和做出動作、反饋結果完成通信任務等[2]。

1.3 握手信號設計

握手信號的設計可以參考TCP/IP 下的3 次握手協(xié)議規(guī)則，但考慮到3 次握手協(xié)議容易降低通信效率，以及PDA 的數(shù)據處理速度比PC 慢的問題，要對握手信號在3 次握手協(xié)議的基礎上加以簡化。在準備傳輸數(shù)據時，可先安排PC 端不斷發(fā)送握手信號，PDA 接收信號后返回、響應信號即代表握手成功，再開始數(shù)據通信。整個流程可概括為以下3 個步驟：（1）發(fā)送方每間隔一段時間，便發(fā)送握手信號；（2）接收方接收信號后，發(fā)送響應信號；（3）發(fā)送方接收到響應信號后，開始發(fā)送第一個傳送包，否則檢驗超時情況，判斷為超時則結束通信，否則繼續(xù)[3]。該流程如圖2 所示。

圖2 握手協(xié)議的運作流程

2 基于PDA 與PC 數(shù)據通信技術的功能實現(xiàn)設計

2.1 通信框架設計

PDA 與PC 數(shù)據通信技術實現(xiàn)的系統(tǒng)應基于通信分層的準則，便于減少層間的耦合度，使某一層的下基層具有差異性的功能實現(xiàn)方式，同時使同一層具備支持不同上基層的能力。整個通信框架可以劃分為4層，按照從低到高的順序分別為物理層、鏈路層、控制層以及應用層，便于割離底層和硬件有關的協(xié)議同上層、應用相關的協(xié)議。在通信協(xié)議下的用戶組織通信時，只需調用上層服務即可，無須考慮下層的實際通信流程，為數(shù)據交換程序的編制提供了便利。

2.2 通信流程設計

由于PDA 自身的特殊性以及內存容量小、處理器速度慢的缺陷，PDA 與PC 進行數(shù)據通信時，無法實現(xiàn)數(shù)據不限速流傳輸?shù)哪繕耍虼诵枰疃仍O計通信流程。其中，每傳送1 個數(shù)據包便等待接收方返回正確接收的信號，在確定接收方已經正確接收和處理數(shù)據包后，再發(fā)送下一個包，直到發(fā)送完所有數(shù)據包。在通信之前，PDA 或PC 端仍然處于不斷發(fā)送握手信號的狀態(tài)，但在接收到該信號后則返回響應信號，證明握手成功和傳輸數(shù)據。在通信之前，因使用串口通信模式的緣故，要考慮到串口初始化方面的問題，如設置串口號、傳輸波特率等。數(shù)據通信技術的實現(xiàn)，還要支持各種類型的PDA，提高擴展性與兼容性。因此，在PDA 進行數(shù)據通信之前，應掌握目前PDA 的型號與配置情況，為使用差異性的通信指令、數(shù)據格式提供便捷。在基于互聯(lián)網的TCP/IP 協(xié)議下，在設計中還可以采取滑動窗口的方法，達到控制流量的目的[4]。

2.3 物理層實現(xiàn)設計

物理層的工作為透明化傳輸比特流，能夠直接向下同傳輸介質銜接，建立在物理傳輸介質上，為若干數(shù)據鏈路層實體之間提供、維持、建立、釋放必要的物理連接，在開展傳輸數(shù)據位流工作的基礎上實施錯誤檢查，便于將比特信號通過傳輸介質從一個系統(tǒng)傳輸至另一個系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)選擇了基于串口的通信模式，則物理層運用的串行數(shù)據接口標準為RS-232 協(xié)議，屬于使用頻率較高的串行通信接口，可以實現(xiàn)數(shù)據在物理信道中傳輸?shù)哪繕恕Ｔ赑DA 與PC 進行數(shù)據傳輸時，物理層的功能將由串行口負責實現(xiàn)，先將某幀數(shù)據逐字節(jié)地進行并串轉換處理，配置奇偶校驗位和轉換信號電平后，再發(fā)送至物理信道。當信道接收之后，則開展數(shù)據位串行接收工作，同步轉換電平與校驗奇偶性，最后完成串并轉換，將數(shù)據信息與電路狀態(tài)報告至鏈路層。

2.4 鏈路層實現(xiàn)設計

鏈路層負責使用物理層建立的物理連接構成實際的數(shù)據鏈路，為上層傳送和接收數(shù)據流，即構建、維持、釋放數(shù)據鏈路以及傳輸數(shù)據位流，運用下層物理層建立的物理連接構成數(shù)據通路，將控制層內具有意義、結構的數(shù)據包轉化為二進制比特流，使數(shù)據通過傳輸介質從一個系統(tǒng)傳輸至另一個系統(tǒng)。該層面的設計上應重點解決PDA 與PC 端數(shù)據處理速度不匹配的問題。由于PDA 緩存較小，緩存較多、傳輸速度較快的PC 端則要控制好數(shù)據通信量和速度，以防出現(xiàn)數(shù)據丟失、緩沖區(qū)溢出等現(xiàn)象。鏈路層的傳輸介質主要為通過串口采用某種具體方式傳輸?shù)姆椒ǎ袟l件的情況下可以引入藍牙、紅外等技術，便于在轉變傳輸方法后無須轉變接口，強化了系統(tǒng)的可擴展性[5]。

2.5 控制層實現(xiàn)設計

控制層的功能接近于TCP/IP 的運輸層、網際層功能，即對于上一層傳輸而來的數(shù)據按照既定的協(xié)議格式組織分組和打包，利用特定的校驗方式對數(shù)據包加入或解開校驗碼處理。在從應用層接收到數(shù)據塊后，將數(shù)據塊拆分為大小適中的數(shù)據包，同時在包內加入額外的控制信息，完成無錯傳輸數(shù)據包的任務。當接收方接收到信息幀后，則利用選定的錯誤控制方式組織校驗，便于在發(fā)現(xiàn)錯誤后盡快處理。而在數(shù)據包校驗中發(fā)現(xiàn)錯誤之時，控制層將負責對數(shù)據重新傳輸?shù)纫馔馇闆r的處理，目的在于向上一層提供可靠的無錯數(shù)據運輸連接。在PDA 和PC 端雙方的校驗方法、包長度等數(shù)據控制協(xié)議相關內容發(fā)生變更后，只需改變該層的實現(xiàn)方式即可，不影響其他層。例如，在設計中可以將數(shù)據包的數(shù)據長度定義為最大64 Bytes，配合使用CRC-16 的校驗方法，便于在將該系統(tǒng)應用于其他PDA，或采用其他通信方法后致使數(shù)據包長度、校驗方法出現(xiàn)變化時，解決對其他層產生影響的問題，同樣具有加強系統(tǒng)可擴展性的功效。

3 結 論

運用數(shù)據通信技術支持PDA 和PC 之間的通信，能夠為PDA 用戶提供更多數(shù)據傳輸方面的便利。因此，技術人員要對PDA 和PC 間的數(shù)據通信設計引起高度重視，健全和完善數(shù)據通信系統(tǒng)，通過精準分析通信協(xié)議基礎、解決通信協(xié)議設計問題、做好握手信號與指令信號的設計工作，以及把握通信框架、通信流程、物理層、鏈路層、控制層、應用層的設計要點，為PDA 和PC 之間的數(shù)據通信提供可靠的設計方案。