8位單片機的多主機通訊方案

多主機通訊方案使用了瑞薩的8位單片機M37546，該單片機具有兩個(gè)獨立的串口，可以配置為同步或異步串口使用。使用了N溝道漏極開(kāi)路總線(xiàn)結構與UART通訊協(xié)議，在同一根電纜上完成數據的發(fā)送和接收；同時(shí)加入了沖突檢測功能，可以保證在不丟失信息的情況下，完成仲裁，實(shí)現多主機通訊。
在這個(gè)系統中的所有M37546的TxD1與RxD1都接到同一根總線(xiàn)上。所有數據都是在這一根線(xiàn)上傳遞的，一個(gè)主機發(fā)送的數據除了會(huì )被其他主機收到外，也會(huì )被自己的RxD1收到，這也是使用總線(xiàn)沖突檢測功能仲裁的必要條件之一。除此以外還需要將P11/TxD1管腳設置為N溝道開(kāi)路輸出方式，構成N溝開(kāi)漏總線(xiàn)結構。電路見(jiàn)圖1。

本方案使用了CAP0外部中斷對總線(xiàn)進(jìn)行監控，以避免多個(gè)設備同時(shí)發(fā)送的問(wèn)題。M37546的P10/RxD/CAP0管腳既是串口1的輸入RxD1，同時(shí)還是輸入捕捉功能的輸入CAP0。因為UART幀的起始位一定是低電平，所以發(fā)送開(kāi)始時(shí)會(huì )觸發(fā)CAP0中斷。在中斷處理程序中檢查串口1發(fā)送結束標志位，如果發(fā)送結束標志位是“1”，說(shuō)明本機的發(fā)送過(guò)程并沒(méi)有啟動(dòng)，必然是其它主機啟動(dòng)的發(fā)送，應該立刻進(jìn)入接收狀態(tài)，直到對方發(fā)送結束；如果發(fā)送結束標志是“0”，說(shuō)明本機啟動(dòng)了發(fā)送，可以結束對總線(xiàn)狀態(tài)的監控(禁止CAP0中斷)轉而繼續后面的發(fā)送過(guò)程。這個(gè)監控過(guò)程也是對多個(gè)發(fā)送信號進(jìn)行同步篩選的過(guò)程，因為只有多個(gè)主機同時(shí)或在很短時(shí)間間隔(小于CAP0中斷響應時(shí)間)內發(fā)送起始位時(shí)，才能成功啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程。只有保證了發(fā)送過(guò)程的同步，才能應用后面的位仲裁方式。
位仲裁是依靠M37546的總線(xiàn)沖突檢測功能完成的，其工作方式為：當串口開(kāi)始接收后，在對每一位接收采樣的同時(shí)，比較TxD發(fā)送的與RxD收到的數據，如果兩者不同就會(huì )產(chǎn)生UART1總線(xiàn)沖突檢測(U1BC)中斷。
仲裁過(guò)程利用了帶上拉的N溝開(kāi)漏總線(xiàn)的特點(diǎn)——“線(xiàn)與”。當某一個(gè)主機發(fā)送“1”的時(shí)候，如果其它主機正在發(fā)送“0”，“1”就不會(huì )出現在總線(xiàn)上。而發(fā)送“1”的主機從總線(xiàn)上收到的是“0”，這會(huì )觸發(fā)U1BC中斷。收到中斷后，這個(gè)主機應該立刻停止發(fā)送，轉為接收狀態(tài)，以保證其它主機發(fā)送的數據不被破壞。
本方案除了物理層的內容外，還在UART協(xié)議的基礎上加入了數據幀的概念?？偩€(xiàn)上的所有設備都會(huì )收到整個(gè)數據幀。如果發(fā)現自己的ID與目的ID相同，那么對后面的數據進(jìn)行接收并校驗，并發(fā)出應答。其它設備收到數據幀后只提取幀的長(cháng)度信息，丟棄后面的數據、校驗和應答段。當后續字節達到數據長(cháng)度+2后，認為此幀正常結束，總線(xiàn)回到空閑狀態(tài)，可以啟動(dòng)發(fā)送。數據幀的格式見(jiàn)圖2。

另外，協(xié)議還規定了總線(xiàn)等待時(shí)間。如果在一個(gè)數據幀的過(guò)程中數據中斷時(shí)間超過(guò)等待時(shí)間，可以認為此次發(fā)送為非正常結束?？偩€(xiàn)回到空閑狀態(tài)。
發(fā)送方如果收到不正常應答(校驗出錯)或者未收到應答，可以選擇重新發(fā)送，但是重發(fā)的幀有可能會(huì )與其它主機發(fā)送的數據幀競爭。
保留全零ID為廣播地址，以廣播地址為目的ID的幀會(huì )被所有主機接收。并且不需要應答。
以上格式都是針對一般的系統而設計的，用戶(hù)可以根據自己的需要來(lái)調整。比如，對于重要的數據可以用CRC校驗方式代替校驗和；設備較多時(shí)可以增加ID段長(cháng)度等。