基于A(yíng)RM9與LINUX的RS485總線(xiàn)的通信接口設計

　　基于ARM9與LINUX的RS485總線(xiàn)的通信接口設計時(shí)間：2017-12-071 贊0評論關(guān)鍵字：通信接口 RS485 Linux 摘要：在ARM9處理器S3C2440上設計RS485通信接口，實(shí)現與總線(xiàn)上其他設備的通信，利用ARM9處理器內部集成的UART外設和RSM485CT模塊組成RS485通信硬件接口，在嵌入式Linux系統下設計RS485通信程序實(shí)現與RS485總線(xiàn)上的其他外設間的數據互通。實(shí)驗效果良好，表明該設計是行之有效的。文中在介紹了通信接口的硬件設計、Linux下RS485驅動(dòng)設計、通信程序設計的同時(shí)，重點(diǎn)介紹了Linux系統下RS485通信程序的編寫(xiě)方法以及RS485總線(xiàn)上設備通信的實(shí)現過(guò)程。

　　0引言

　　隨著(zhù)ARM處理器應用的范圍的不斷深入，根據需求的不同ARM提供的外設也越來(lái)越豐富，常用的通信接口有RS232、RS485、CAN、以太網(wǎng)等。RS485總線(xiàn)憑其傳輸距離遠、抗干擾能力強、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)在各種工業(yè)場(chǎng)合得到廣泛的應用。設計使用ARM9處理器S3C2440內部集成的UART外設和RSM485模塊構建具有電源隔離、電氣隔離、總線(xiàn)保護的RS485總線(xiàn)接口，通過(guò)對嵌入式Linux系統RS232驅動(dòng)程序的修改，使的在通過(guò)該修改后的串口驅動(dòng)程序發(fā)送數據時(shí)，自動(dòng)控制IO來(lái)實(shí)現RS485通信的方向控制，從而簡(jiǎn)化了RS485通信的控制流程，Linux下RS485通信程序通過(guò)對該串口的讀寫(xiě)，實(shí)現與RS485總線(xiàn)上的其他設備通信。

　　1通信接口的硬件設計

　　S3C2440處理器片內集成了豐富的外設資源，可以方便的實(shí)現嵌入式應用中的各種接口通信。設計中用到了Samsung-ARM9-S3C2440，其片內集成的3個(gè)UART，在設計中UART0用于嵌入式Linux操作系統的控制臺(console)接口，UART1作為RS232接口與其他RS232接口設備通信，UART3用作RS485的數據通信接口。由于A(yíng)RM9處理器的IO電平與RS485的電氣標準不同，RS485采用差分信號負邏輯，+2~+6V表示“0”，-6~-2V表示“1”。為了達到RS485總線(xiàn)的電氣特性標準，所以必須要外接電平轉換芯片[1，3-5]，同時(shí)考慮工業(yè)應用環(huán)境惡劣等因素，需要考慮RS485總線(xiàn)的電源隔離、電氣隔離、總線(xiàn)保護等因素，設計中用到廣州周立功的RSM485模塊。

　　RSM485隔離收發(fā)器模塊，是集成電源隔離、電氣隔離、RS485接口芯片，總線(xiàn)保護器件于一身。該模塊采用灌封工藝，具有很好的隔離特性，隔離電壓高達2500VDC，最多支持400個(gè)節點(diǎn)，最高通信波特率115200。

　　圖1為系統中利用S3C2440中的UART2實(shí)現半雙工的RS485總線(xiàn)的原理圖，在同一時(shí)刻里數據只能往一個(gè)方向傳輸。其中的引腳CON為接收、發(fā)送控制腳，現在將其與S3C2440的IO引腳相連，由該引腳的電平控制芯片數據的方向。要發(fā)送數據時(shí)將其置0，接收數據時(shí)將其置1。

　　圖1S3C2440-485接口

　　2軟件設計

　　2.1RS485通信設計

　　圖2中首先打開(kāi)驅動(dòng)部分針對RS485通信修改過(guò)的串口2，設置其串口參數，此時(shí)串口2處于RS485總線(xiàn)接收模式，然后向總線(xiàn)上第一個(gè)設備節點(diǎn)發(fā)送數據讀取指令，完成select函數調用圖1S3C2440-485接口初始化后，select函數根據用戶(hù)設定的超時(shí)時(shí)間，等待設備返回數據，若select函數返回異常，則重新進(jìn)行初始化，若在設定時(shí)間內，未接受到從設備的數據，select函數返回超時(shí)，則重設下一從設備節點(diǎn)等待超時(shí)時(shí)間，并發(fā)送下一設備數據讀取指令，重新進(jìn)入select等待設備返回數據;若在設定時(shí)間內，接到從設備返回數據，則從串口接收緩沖讀取數據，并完成用戶(hù)協(xié)議數據解析，完成一次主從設備的數據通信，然后輪詢(xún)到下一設備。

　　圖2RS485通信軟件流程

　　2.2RS485驅動(dòng)設計

　　設計中使用ARM9處理器S3C2440內部集成的UART外設和RSM485模塊構建而成，其驅動(dòng)程序與RS232驅動(dòng)程序相比多了一個(gè)通信方向控制引腳的控制，所以在Linux操作系統中，完全可以借助內核的串口驅動(dòng)添加方向控制IO相關(guān)代碼即可實(shí)現[4，6，7]。在linux2.6.32內核源碼中，串口驅動(dòng)相關(guān)代碼在文件linux-2.6.32.2/drivers/seria/samsung.c中，為了實(shí)現RS485的通信，修改部分主要包括3個(gè)部分：

　　(1)在串口驅動(dòng)的初始化代碼中加入RS485通信方向控制IO口設備的初始化工作，關(guān)鍵代碼片段為：

　　if(port-》line==2){//如果初始化的是串口2

　　s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPH0，S3C2410_GPH0_OUTP);//將GPG2，設為輸出功能

　　s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPH0，0);//設為高電平，使串口啟動(dòng)時(shí)處于接收數據狀態(tài)。

　　RS485方向控制IO口初始化使用到了2個(gè)內核函數(在arch/arm/plat-s3c24xx/gpio.c)，其函數原型為：

　　voids3c2410_gpio_cfgpin(unsignedintpin，unsignedintfunc-TIon)

　　此函數的功能是設置引腳的功能，參數pin是要設置的引腳，對應著(zhù)是GPH0也即是S3C2410_GPH0引腳，參數funcTIon是要設置引腳的功能，設置中用到的是輸出功能，所以該值是S3C2410_GPH0_OUTP.

　　voids3c2410_gpio_setpin(unsignedintpin，unsignedintx)

　　此函數的功能是設置引腳的輸出值，參數pin是要設置的引腳，參數x是要設置引腳的輸出值0或者1.

　　(2)在串口數據開(kāi)始發(fā)送前，將方向控制IO置0，使的RSM485處于發(fā)送狀態(tài)，關(guān)鍵代碼片段如下：

　　if(port-》line==2){s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPH0，1);//設為低電平，使串口啟動(dòng)時(shí)處于接收數據狀態(tài)。

　　udelay(30);//等待方向IO控制腳狀態(tài)穩定}

　　在設置方向控制IO口狀態(tài)后，加入一定延時(shí)，等待方向IO控制腳狀態(tài)穩定，避免出現由于方向控制狀態(tài)不穩定導致發(fā)送數據出錯。

　　(3)在串口數據發(fā)送完成后，自動(dòng)進(jìn)入到數據接收模式，關(guān)鍵代碼片段為：

　　if(port-》line==2){

　　while(!(rd_regl(port，S3C2410_UTRSTAT)&0x04));//等待串口發(fā)送完成，這句千萬(wàn)不能少

　　s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPH0，0);}

　　由于S3C2440處理器自帶串口帶有硬件緩沖區，串口驅動(dòng)中，數據發(fā)送完成是指數據已有驅動(dòng)程序全部寫(xiě)入到發(fā)送緩沖中，但此時(shí)串口數據并為正在發(fā)送出去，所以必須等待數據完全發(fā)送完成后，再將方向控制IO口置1。

　　2.3Linux下RS485通信編程

　　RS485驅動(dòng)程序修改完成后，可以像操作串口一樣操作RS485接口。在嵌入式Linux系統下，串口的設備文件位于/dev目錄下，可以使用文件打開(kāi)、讀寫(xiě)函數[2，8，9]直接操作RS485設備。設備打開(kāi)和讀寫(xiě)部分關(guān)鍵代碼片段為：

　　intfd=open(Dev，O_RDWR|O_NOCTTY);//打開(kāi)設備……

　　nread=read(fd，s1_buf，64);//讀取設備數據……

　　write(fd，send_buff，6);//寫(xiě)入發(fā)送數據

　　在設計中，ARM9作為RS485通信的主控設備與個(gè)從設備進(jìn)行通信，主控設備從每個(gè)從設備讀取數據時(shí)，主設備先向該設備發(fā)送數據讀取命令，然后設備等待從設備返回數據。所以在實(shí)際應用中，因合理設置等待從設備返回數據的等待時(shí)間。在設計中使用select函數來(lái)實(shí)現等待延時(shí)，關(guān)鍵代碼為：

　　switch(select(max_fd，&fds，NULL，NULL，&TImeout))//select使用

　　{case-1:break;//select錯誤，退出程序

　　case0:Find_endp(&pth_endp_line1);

　　send_buff[1]=pth_endp_line1.index+1;

　　send_buff[4]=send_buff[1]+1;

　　write(fd1，send_buff，6);

　　TImeout.tv_sec=time1;

　　timeout.tv_usec=time2;break;//超時(shí)，再次輪詢(xún)

　　default:if(FD_ISSET(fd1，&fds))//串口1數據

　　{nread=read(fd1，s1_buf，64);

　　if(nread》=20)

　　{i2c_led_set(8，1);

　　Value_t=myrount(Value_t，100);

　　Value_h=myrount(Value_h，100);

　　Value_p=myrount(Value_p，100);

　　Value_pt=myrount(Value_pt，100);

　　}}}//endswitch

　　3實(shí)驗結果及應用

　　圖3RS485接口應用

　　設計成功應用到環(huán)境參數采集系統中，系統中主要有采集節點(diǎn)、采集終端、數據服務(wù)器組成，如圖3所示。采集節點(diǎn)負責完成氣壓、溫度、濕度參數的采集;采集終端通過(guò)RS485總線(xiàn)從分個(gè)采集節點(diǎn)讀取采集數據，并通過(guò)以太網(wǎng)將采集數據上報到數據服務(wù)器;數據服務(wù)器完成數據的存儲，并為其他形式的應用提供應用接口。在設計中主設備循環(huán)輪詢(xún)RS485總線(xiàn)上所有設備，每間隔1s主控設備ARM發(fā)送1次數據讀取指令，讀取指令中包含了從設備識別碼，符合識別碼的從設備立即返回采集數據。如果數據出錯主設備將丟棄該數據包，等待下一次輪詢(xún)，所以在通信程序設計時(shí)未考慮數據包錯誤重發(fā)機制。設計達到預期目標。盡管偶爾有誤碼出現，但設計中避免了涉及l(fā)inux內核復雜代碼的的修改，仍不失為有實(shí)用價(jià)值的設計方法。