基于ARM9與LINUX的RS485總線的通信接口設(shè)計(jì)

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。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~+6V表示“0”，-6~-2V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)2500VDC，最多支持400個(gè)節(jié)點(diǎn)，最高通信波特率115200。

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。

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)用圖1S3C2440-485接口初始化后，select函數(shù)根據(jù)用戶設(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。

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：

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(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.

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(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。