基于ARM9嵌入式的RS485總線接口設(shè)計，自動控制IO口實現(xiàn)通信方向控制

隨著ARM處理器應(yīng)用的范圍的不斷深入，根據(jù)需求的不同ARM提供的外設(shè)也越來越豐富，常用的通信接口有RS232、RS485、CAN、以太網(wǎng)等。RS485總線憑其傳輸距離遠、抗干擾能力強、價格低廉等優(yōu)點在各種工業(yè)場合得到廣泛的應(yīng)用。設(shè)計使用ARM9處理器S3C2440內(nèi)部集成的UART外設(shè)和RSM485模塊構(gòu)建具有電源隔離、電氣隔離、總線保護的RS485總線接口，通過對嵌入式Linux系統(tǒng)RS232驅(qū)動程序的修改，使的在通過該修改后的串口驅(qū)動程序發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動控制IO來實現(xiàn)RS485通信的方向控制，從而簡化了RS485通信的控制流程，Linux下RS485通信程序通過對該串口的讀寫，實現(xiàn)與RS485總線上的其他設(shè)備通信。

1.通信接口的硬件設(shè)計

S3C2440處理器片內(nèi)集成了豐富的外設(shè)資源，可以方便的實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用中的各種接口通信。設(shè)計中用到了Samsung-ARM9-S3C2440，其片內(nèi)集成的3個UART，在設(shè)計中UART0用于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的控制臺(console)接口，UART1作為RS232接口與其他RS232接口設(shè)備通信，UART3用作RS485的數(shù)據(jù)通信接口。由于ARM9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總線的電氣特性標準，所以必須要外接電平轉(zhuǎn)換芯片[1，3-5]，同時考慮工業(yè)應(yīng)用環(huán)境惡劣等因素，需要考慮RS485總線的電源隔離、電氣隔離、總線保護等因素，設(shè)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個節(jié)點，最高通信波特率115200。

圖1為系統(tǒng)中利用S3C2440中的UART2實現(xiàn)半雙工的RS485總線的原理圖，在同一時刻里數(shù)據(jù)只能往一個方向傳輸。其中的引腳CON為接收、發(fā)送控制腳，現(xiàn)在將其與S3C2440的IO引腳相連，由該引腳的電平控制芯片數(shù)據(jù)的方向。要發(fā)送數(shù)據(jù)時將其置0，接收數(shù)據(jù)時將其置1。

圖1S3C2440-485接口

2.軟件設(shè)計

2.1RS485通信設(shè)計

圖2中首先打開驅(qū)動部分針對RS485通信修改過的串口2，設(shè)置其串口參數(shù)，此時串口2處于RS485總線接收模式，然后向總線上第一個設(shè)備節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)讀取指令，完成select函數(shù)調(diào)用圖1S3C2440-485接口初始化后，select函數(shù)根據(jù)用戶設(shè)定的超時時間，等待設(shè)備返回數(shù)據(jù)，若select函數(shù)返回異常，則重新進行初始化，若在設(shè)定時間內(nèi)，未接受到從設(shè)備的數(shù)據(jù)，select函數(shù)返回超時，則重設(shè)下一從設(shè)備節(jié)點等待超時時間，并發(fā)送下一設(shè)備數(shù)據(jù)讀取指令，重新進入select等待設(shè)備返回數(shù)據(jù);若在設(shè)定時間內(nèi)，接到從設(shè)備返回數(shù)據(jù)，則從串口接收緩沖讀取數(shù)據(jù)，并完成用戶協(xié)議數(shù)據(jù)解析，完成一次主從設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，然后輪詢到下一設(shè)備。

圖2RS485通信軟件流程

2.2RS485驅(qū)動設(shè)計

設(shè)計中使用ARM9處理器S3C2440內(nèi)部集成的UART外設(shè)和RSM485模塊構(gòu)建而成，其驅(qū)動程序與RS232驅(qū)動程序相比多了一個通信方向控制引腳的控制，所以在Linux操作系統(tǒng)中，完全可以借助內(nèi)核的串口驅(qū)動添加方向控制IO相關(guān)代碼即可實現(xiàn)[4，6，7]。在linux2.6.32內(nèi)核源碼中，串口驅(qū)動相關(guān)代碼在文件linux-2.6.32.2/drivers/seria/samsung.c中，為了實現(xiàn)RS485的通信，修改部分主要包括3個部分：

(1)在串口驅(qū)動的初始化代碼中加入RS485通信方向控制IO口設(shè)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(shè)為輸出功能

s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPH0，0);//設(shè)為高電平，使串口啟動時處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。

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

voids3c2410_gpio_cfgpin(unsignedintpin，unsignedintfunc-TIon)

此函數(shù)的功能是設(shè)置引腳的功能，參數(shù)pin是要設(shè)置的引腳，對應(yīng)著是GPH0也即是S3C2410_GPH0引腳，參數(shù)funcTIon是要設(shè)置引腳的功能，設(shè)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(shù)的功能是設(shè)置引腳的輸出值，參數(shù)pin是要設(shè)置的引腳，參數(shù)x是要設(shè)置引腳的輸出值0或者1.

(2)在串口數(shù)據(jù)開始發(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(shè)為低電平，使串口啟動時處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。

udelay(30);//等待方向IO控制腳狀態(tài)穩(wěn)定}

在設(shè)置方向控制IO口狀態(tài)后，加入一定延時，等待方向IO控制腳狀態(tài)穩(wěn)定，避免出現(xiàn)由于方向控制狀態(tài)不穩(wěn)定導(dǎo)致發(fā)送數(shù)據(jù)出錯。

(3)在串口數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，自動進入到數(shù)據(jù)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(qū)，串口驅(qū)動中，數(shù)據(jù)發(fā)送完成是指數(shù)據(jù)已有驅(qū)動程序全部寫入到發(fā)送緩沖中，但此時串口數(shù)據(jù)并為正在發(fā)送出去，所以必須等待數(shù)據(jù)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(qū)動程序修改完成后，可以像操作串口一樣操作RS485接口。在嵌入式Linux系統(tǒng)下，串口的設(shè)備文件位于/dev目錄下，可以使用文件打開、讀寫函數(shù)[2，8，9]直接操作RS485設(shè)備。設(shè)備打開和讀寫部分關(guān)鍵代碼片段為：

intfd=open(Dev，O_RDWR|O_NOCTTY);//打開設(shè)備……

nread=read(fd，s1_buf，64);//讀取設(shè)備數(shù)據(jù)……

write(fd，send_buff，6);//寫入發(fā)送數(shù)據(jù)

在設(shè)計中，ARM9作為RS485通信的主控設(shè)備與個從設(shè)備進行通信，主控設(shè)備從每個從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)時，主設(shè)備先向該設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)讀取命令，然后設(shè)備等待從設(shè)備返回數(shù)據(jù)。所以在實際應(yīng)用中，因合理設(shè)置等待從設(shè)備返回數(shù)據(jù)的等待時間。在設(shè)計中使用select函數(shù)來實現(xiàn)等待延時，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，再次輪詢

default:if(FD_ISSET(fd1，&fds))//串口1數(shù)據(jù)

{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實驗結(jié)果及應(yīng)用

圖3RS485接口應(yīng)用

設(shè)計成功應(yīng)用到環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)中，系統(tǒng)中主要有采集節(jié)點、采集終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，如圖3所示。采集節(jié)點負責(zé)完成氣壓、溫度、濕度參數(shù)的采集;采集終端通過RS485總線從分個采集節(jié)點讀取采集數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)將采集數(shù)據(jù)上報到數(shù)據(jù)服務(wù)器;數(shù)據(jù)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的存儲，并為其他形式的應(yīng)用提供應(yīng)用接口。在設(shè)計中主設(shè)備循環(huán)輪詢RS485總線上所有設(shè)備，每間隔1s主控設(shè)備ARM發(fā)送1次數(shù)據(jù)讀取指令，讀取指令中包含了從設(shè)備識別碼，符合識別碼的從設(shè)備立即返回采集數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)出錯主設(shè)備將丟棄該數(shù)據(jù)包，等待下一次輪詢，所以在通信程序設(shè)計時未考慮數(shù)據(jù)包錯誤重發(fā)機制。設(shè)計達到預(yù)期目標。盡管偶爾有誤碼出現(xiàn)，但設(shè)計中避免了涉及l(fā)inux內(nèi)核復(fù)雜代碼的的修改，仍不失為有實用價值的設(shè)計方法。