RS-485通信原理

1、、RS485串口通信電路圖<7 nt二。VxWorks中基于RS485總線的串口通信協(xié)議及實現(xiàn)摘要：本文介紹了在嵌入式實時操作系統(tǒng)Vxworks下串行設備的驅動架構及實現(xiàn)，提出了一種基于RS485總線的新型串口通信協(xié)議，重點討論了基于這種協(xié)議的應用程序的設計方法，發(fā)送時主要采用了總線仲裁機制，接收時主要采用了字符合法性校驗、長度校驗、內容的CRZ校驗，提高了系統(tǒng)的通信效率和穩(wěn)定性。？關鍵詞:VxWorks;RS485;通信協(xié)議；總線仲裁；CRC校驗1引言隨著信息技術和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，以及計算機、通訊、數(shù)碼產(chǎn)品等領域的高速增長，數(shù)字化時代已經(jīng)來臨。嵌入式設備是數(shù)字化時代的主流產(chǎn)品，嵌入式

2、軟件是數(shù)字化產(chǎn)品的核心，作為嵌入式軟件的基礎和關鍵，嵌入式操作系統(tǒng)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中扮演著越來越重要的角色，應用遍及工業(yè)自動化、網(wǎng)絡通信、航空航天、醫(yī)療儀器等領域。2RS485總線RS485總線接口是一種常用的串口，具有網(wǎng)絡連接方便、抗干擾性能好、傳輸距離遠等優(yōu)點.RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，加上收發(fā)器具有高的靈敏度，能檢測到低達200mv的電壓，可靠通信的傳輸距離可達數(shù)千米。使用RS-485總線組網(wǎng)，只需一對雙絞線就可實現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統(tǒng)、設備簡單、價格低廉、通信距離長。3VxWorks中串口驅動的實現(xiàn)VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiv

3、er公司設計開發(fā)的嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS),是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關鍵組成部分。Vxworks操作系統(tǒng)的I/O系統(tǒng)可以提供簡單、統(tǒng)一、與任何設備無關的接口.這些設備包括：面向字符設備、隨機塊存儲設備、虛擬設備、控制和監(jiān)視設備以及網(wǎng)絡設備。Vxworks的I/O系統(tǒng)包括基本I/O系統(tǒng)和緩沖I/O系統(tǒng),具有比其他I/O系統(tǒng)更快速，兼容性更好的特性.這對于實時系統(tǒng)是很重要的。3。1串口驅動架構圖1串口設備驅限序架徇基于vxWorks的串口設備驅動程序架構，對vxWdrks的虛擬設備ttyDrv進行封裝，向上將TTY設備安裝到標準的I/O系統(tǒng)中，上層應用通過標準的I/O接口完成對硬件設備的操作，向下

4、提供對實際硬件設備的底層設備驅動程序.其軟件架構如圖1所示。由圖1可知，串口設備驅動由兩部分組成，一部分為對ttyDrv進行封裝，將串行設備安裝到標準的I/。系統(tǒng)中，提供對外的接口；另一部分為申行設備驅動程序，提供對硬件設備的基本操作。虛擬設備ttyDrv管理著I/O系統(tǒng)和真實驅動程序之間的通信。在I/O系統(tǒng)方面，虛擬設備ttyDrv作為一個字符型設備存在，它將自身的入口點函數(shù)掛在I/O系統(tǒng)上，創(chuàng)建設備描述符并將其加入到設備列表中。當用戶有I/O請求包到達I/O系統(tǒng)中時，I/O系統(tǒng)會調用ttyDrv相應的函數(shù)響應請求.同時，ttyDrv管理了緩沖區(qū)的互斥和任務的同步操作.另一方面，ttyDrv

5、負責與實際的設備驅動程序交換信息。通過設備驅動程序提供的回調函數(shù)及必要的數(shù)據(jù)結構，ttyDrv將系統(tǒng)的I/O請求作相應的處理后，傳遞給設備驅動程序，由設備驅動程序完成實際的I/O操作。圖2串口驅動初始化兼程3。2驅動初始化串口設備的初始化xxDevInit流程如圖2。設備驅動的初始化過程首先調用系統(tǒng)函數(shù)ttyDrv(),該函數(shù)通過調用iosDrvInstal1()將ttyOpen()、ttyIoctl()、tyRead()、tyRead、tyWrite安裝到系統(tǒng)驅動函數(shù)表中，供I/O系統(tǒng)調用。接著根據(jù)用戶入?yún)τ每谛酒拇嫫鬟M行初始化，安裝驅動函數(shù)指針。最后調用系統(tǒng)函數(shù)ttyDevCreate

6、()創(chuàng)建ttyDrv設備.該函數(shù)初始化設備描述符，調用tyDevInit()函數(shù)初始化tyLib、初始化se1ect功能、創(chuàng)建信號量和輸入輸出緩沖區(qū)，調用iosDevAdd()函數(shù)將設備添加到設備列表中并將設備置為中斷模式.驅動模塊初始化成功后，應用程序就可以用標準的I/O函數(shù)read()和write()收發(fā)數(shù)據(jù)了。4RS485通信協(xié)議4。1485通信幀格式表1485通信幀格式目的地址源地址長度控制幀凈荷數(shù)據(jù)CRC僉驗IByte1Byte1Byte2Bytes由長度字節(jié)確2Bytes長度字段不包含控制字段、檢驗字段。校驗字段使用CCITT的CRZ16的校驗方法，其生成多項式為0校驗字段默認是加

7、上的，只有在發(fā)送方的CPU負荷比較大時，并且能夠保證本幀出現(xiàn)的錯誤不會對系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的和現(xiàn)實的影響，或者保證影響在可以控制在一定范圍內并且可以忍受時，才考慮取消校驗字段。當接收方接收到幀的總長度減去長度字段值與幀頭的長度之和，得到的結果為2時，表明發(fā)送方附帶了校驗和.4o2485數(shù)據(jù)鏈路層幀表2485鏈路層幀格式頭標志(0485通信幀尾標志(0x7x7E)E)1Byte最大不超過485通信幀的長度(不包括字節(jié)拆分2Bytes的添加字符)頭標志是任意個數(shù)的連續(xù)的字符0x7E,尾標志也是任意個數(shù)的連續(xù)的字符0x7E。預定頭標志為1Byte,尾標志為2Bytes,在發(fā)送方的CPUi1為發(fā)送完畢最后一

8、個尾標志字符時，保證第一個尾標志字符能夠完全到達目的設備。發(fā)送方除頭標志或尾標志之外，不允許出現(xiàn)OX7E,若遇到0X7E，則拆分成0X7D,0X5E;若出現(xiàn)0X7D則拆分成0X7D,0X5D傳送。5串行通信應用程序設計5.1初始化配置?創(chuàng)建一個51200Bytes的接收環(huán)形緩沖區(qū)，用來存放剩余的或不成幀的數(shù)據(jù)：g_tRecvRingId=rngCreate(51200);?串口設備描述符為“myCoM，打開用口并創(chuàng)建設備讀寫描述符:g_sdwChanne1FD=open("myCofri,O_RDWR,0);?設置波特率：ioct1(g_sdwChame1FD,FIOBAUDRA.T

9、E,g_RS485LinkCBi.sdwBaudRate);?清空接收、發(fā)送緩存:ioctl(g_sdwChannelFD,FIOFLUSH,0);?工作模式設置:ioctl(g_sdwChannelFD,FIOSETOPTIONS,OPTRAW/;5o2通信發(fā)送過程在發(fā)送之前，發(fā)送方需要按照雙方約定的485通信幀格式將消息組幀，并按照約定數(shù)據(jù)鏈路傳輸協(xié)議組成485的數(shù)據(jù)鏈路幀。接下來就是如何發(fā)送數(shù)據(jù)包了。在RS-485通信中,發(fā)送過程主要采取了總線仲裁機制：在向485總線寫數(shù)據(jù)時,主設備先寫一字節(jié)的地址請求，所有的從設備均會收到，只有地址與之相等的從設備端口打開，其他設備全部關閉.這樣，主設

10、備與從設備之間的通信就是點對點的。每一個從設備均有一根請求線與主設備相連，若從設備需要與主設備通信時，先通過請求線進行請求，當請求成功后，從設備應能檢測到總線上的地址與自身地址相同，從設備才能打開發(fā)送中斷，才能發(fā)送消息，發(fā)送完之后必須關閉發(fā)送中斷，釋放總線，以保證其他從設備這段時間能與主設備正常通信，提高通信效率。RS-485通信發(fā)送流程圖如圖3所示。5。3通信接收過程對于串口通信，仍然要關心數(shù)據(jù)接收的實時性，因此采用中斷方式，利用VxWorks提供的seiect函數(shù)的事件觸發(fā)機制,將讀用口的任務阻塞使其一直等待數(shù)據(jù),當有數(shù)據(jù)來到的時候該任務會立刻自動響應,提高系統(tǒng)的實時性,調用read()接

11、收數(shù)據(jù)并存入先前創(chuàng)建的接收環(huán)形緩沖區(qū)g_tRecvRingId中直至緩沖區(qū)g_tRecvRingId滿或接收完鏈路上的數(shù)據(jù)，接下來就是根據(jù)通信協(xié)議來處理數(shù)據(jù)包解幀處理過程。接收方判斷開始485通信幀的條件是，設備不報告接收錯誤的情況下，接收到0x7E字符之后的第一個非0x7E的字符。判斷幀結束的條件是，幀接收已經(jīng)開始，遇到第一個尾標志字符。在兩個0X7E間若收到0X7D,則丟棄，并將其后的一個字節(jié)數(shù)據(jù)與0X20異或.當鏈路層的通信幀接收已經(jīng)開始的情況下,設備報告字符接收錯誤,此時應當丟棄本幀,結束幀的接收，重新開始搜索下一幀。長度字段后面的字節(jié)個數(shù)不等于長度字段指示，并且也不等于長度字段加2時

12、，指示長度錯誤，作無效幀.幀長度小于幀頭的長度的幀視為無效幀。當接收的字符個數(shù)超過最大的485通信幀字節(jié)數(shù)一一262時，也認為接收錯誤，重新開始搜索頭標志,檢出下一幀數(shù)據(jù)。超時保護：如果接收收方在接收一幀數(shù)據(jù)時，在未接收完一幀時，超過20ms(2個T1cks)仍未有數(shù)據(jù)到達，則認為本幀數(shù)據(jù)接收結束，并將其丟棄。在允許進行校驗的情況下，對接收到的幀進行CRC校驗。如果校驗字段與幀的校驗結果不符,認為幀出錯,通常作丟棄處理。幀頭中，目的地址與接收單元不匹配時，丟棄該幀。6、結束語VxWorks是一種高性能嵌入式實時操作系統(tǒng)，它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、自動化、航空等各個領域中。許多外部終端設備如打印機、邏輯分析儀等都采用串行方式,以及對單板的調試也要用到串行口,因此掌握在Vxworks下的串行通信是非常重要的。本文的創(chuàng)新之處在于提出一種新的RS485通信協(xié)議，在這種協(xié)議中，發(fā)送方根據(jù)協(xié)議組幀,再采用總線仲裁機制將消息發(fā)送出去,而接收方則將收到的字符