宋　躍，楊　雷，雷瑞庭，王健偉，2

(1．東莞理工學(xué)院電子工程學(xué)院，廣東東莞　523808；2．華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院，廣東廣州　510640)

0　引言

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(lái)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(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、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(yīng)用[1，2]。設(shè)計(jì)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(hù)的RS485總線接口，通過(guò)對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)RS232驅(qū)動(dòng)程序的修改，使的在通過(guò)該修改后的串口驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)控制IO來(lái)實(shí)現(xiàn)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(duì)該串口的讀寫(xiě)，實(shí)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(jì)

S3C2440處理器片內(nèi)集成了豐富的外設(shè)資源，可以方便的實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用中的各種接口通信。設(shè)計(jì)中用到了Samsung -ARM9-S3C2440，其片內(nèi)集成的3個(gè)UART，在設(shè)計(jì)中UART0用于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的控制臺(tái)(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(biāo)準(zhǔn)不同，RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，+2～+6 V表示“0”，-6～-2 V表示“1”。為了達(dá)到RS485總線的電氣特性標(biāo)準(zhǔn)，所以必須要外接電平轉(zhuǎn)換芯片[1，3-5]，同時(shí)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(hù)等因素，設(shè)計(jì)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(hù)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(dá)2500V DC，最多支持400個(gè)節(jié)點(diǎn)，最高通信波特率115 200。

圖1為系統(tǒng)中利用S3C2440中的UART2實(shí)現(xiàn)半雙工的RS485總線的原理圖，在同一時(shí)刻里數(shù)據(jù)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(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(shí)將其置0，接收數(shù)據(jù)時(shí)將其置1。

圖1　S3C2440-485接口

2　軟件設(shè)計(jì)

2.1RS485通信設(shè)計(jì)

圖2中首先打開(kāi)驅(qū)動(dòng)部分針對(duì)RS485通信修改過(guò)的串口2，設(shè)置其串口參數(shù)，此時(shí)串口2處于RS485總線接收模式，然后向總線上第一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)讀取指令，完成select函數(shù)調(diào)用初始化后，select函數(shù)根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的超時(shí)時(shí)間，等待設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)，若select函數(shù)返回異常，則重新進(jìn)行初始化，若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，未接受到從設(shè)備的數(shù)據(jù)，select函數(shù)返回超時(shí)，則重設(shè)下一從設(shè)備節(jié)點(diǎn)等待超時(shí)時(shí)間，并發(fā)送下一設(shè)備數(shù)據(jù)讀取指令，重新進(jìn)入select等待設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)；若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，接到從設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)，則從串口接收緩沖讀取數(shù)據(jù)，并完成用戶(hù)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(xún)到下一設(shè)備。

圖2　RS485通信軟件流程

2．2RS485驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)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(dòng)程序與RS232驅(qū)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(tǒng)中，完全可以借助內(nèi)核的串口驅(qū)動(dòng)添加方向控制IO相關(guān)代碼即可實(shí)現(xiàn)[4，6，7]。在linux2．6．32內(nèi)核源碼中，串口驅(qū)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(xiàn)RS485的通信，修改部分主要包括3個(gè)部分：

(1)在串口驅(qū)動(dòng)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(dòng)時(shí)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(gè)內(nèi)核函數(shù)(在arch/arm/plat-s3c24xx/gpio．c)，其函數(shù)原型為：

void s3c2410_gpio_cfgpin(unsigned int pin，unsigned int function)

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(duì)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．

void s3c2410_gpio_setpin(unsigned int pin，unsigned int x)

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(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(shè)為低電平，使串口啟動(dòng)時(shí)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(shí)，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(cuò)。

(3)在串口數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，自動(dòng)進(jìn)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(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(qū)，串口驅(qū)動(dòng)中，數(shù)據(jù)發(fā)送完成是指數(shù)據(jù)已有驅(qū)動(dòng)程序全部寫(xiě)入到發(fā)送緩沖中，但此時(shí)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(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(tǒng)下，串口的設(shè)備文件位于/dev目錄下，可以使用文件打開(kāi)、讀寫(xiě)函數(shù)[2，8，9]直接操作RS485設(shè)備。設(shè)備打開(kāi)和讀寫(xiě)部分關(guān)鍵代碼片段為：

int fd = open( Dev，O_RDWR | O_NOCTTY )；//打開(kāi)設(shè)備

……

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

……

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

在設(shè)計(jì)中，ARM9作為RS485通信的主控設(shè)備與個(gè)從設(shè)備進(jìn)行通信，主控設(shè)備從每個(gè)從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)時(shí)，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?cái)?shù)據(jù)。所以在實(shí)際應(yīng)用中，因合理設(shè)置等待從設(shè)備返回?cái)?shù)據(jù)的等待時(shí)間。在設(shè)計(jì)中使用select函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)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(cuò)誤，退出程序

case 0：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(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)；

} } }// end switch

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及應(yīng)用

設(shè)計(jì)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(diǎn)、采集終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，如圖3所示。采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)完成氣壓、溫度、濕度參數(shù)的采集；采集終端通過(guò)RS485總線從分個(gè)采集節(jié)點(diǎn)讀取采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)以太網(wǎng)將采集數(shù)據(jù)上報(bào)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(chǔ)，并為其他形式的應(yīng)用提供應(yīng)用接口。在設(shè)計(jì)中主設(shè)備循環(huán)輪詢(xún)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(shí)別碼，符合識(shí)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(cuò)主設(shè)備將丟棄該數(shù)據(jù)包，等待下一次輪詢(xún)，所以在通信程序設(shè)計(jì)時(shí)未考慮數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤重發(fā)機(jī)制。設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。盡管偶爾有誤碼出現(xiàn)，但設(shè)計(jì)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(shí)用價(jià)值的設(shè)計(jì)方法。

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