RS-485的多機(jī)通信方案探究

Modbus協(xié)議長度根據(jù)用戶需求自己設(shè)定，地址碼標(biāo)識終端地址，即和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通信的從機(jī)地址。功能碼則是主機(jī)告訴從機(jī)要執(zhí)行什么功能。數(shù)據(jù)碼長度由用戶自己確定，最后根據(jù)前3個(gè)功能字段，生成兩個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼，用來驗(yàn)證前面的字段是否存在傳輸錯(cuò)誤。
3．2 CRC生成算法
CRC算法分為靜態(tài)和動態(tài)兩種，靜態(tài)的適合片內(nèi)RAM非常有限的MCU，而動態(tài)的適合RAM空間相對比較寬裕的MCU。CRC校驗(yàn)碼生成步驟如下：
①初始化寄存器內(nèi)容為0xffff。
②提取第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)和寄存器內(nèi)容相異或。
③檢測最低有效位(LSB)，如果LSB為1，寄存器單獨(dú)和預(yù)置值異或；如果LSB為0，則不進(jìn)行任何操作，然后將結(jié)果向LSB方向移動，最高有效位以0填充。
④重復(fù)第③步8次，直到最后一位(第8位)完成。
⑤提取下一個(gè)8位字節(jié)，重復(fù)步驟③、④的操作，等待所有字段都執(zhí)行完，最終寄存器中的值就是所求的CRC校驗(yàn)碼。
上述步驟中，如果預(yù)置值在整個(gè)過程中不變，則為靜態(tài)的CRC校驗(yàn)；在動態(tài)的CRC校驗(yàn)中，存在一個(gè)動態(tài)表，預(yù)置值每次都根據(jù)動態(tài)表變化，所以準(zhǔn)確性更高，而動態(tài)表要開辟一個(gè)較大的空間來存儲。所以，根據(jù)MCU的RAM大小決定使用動態(tài)校驗(yàn)還是靜態(tài)校驗(yàn)。算法結(jié)束后，寄存器中存人的就是前N個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼，運(yùn)用該算法，不需要事先知道協(xié)議的整體長度，最后都同樣生成兩個(gè)字節(jié)長度的校驗(yàn)碼，故可移植性好、通用性強(qiáng)。
3．3 自動地址識別模式通信
自動地址識別模式是RS-485經(jīng)典模式，通過設(shè)置Cortex-M054的狀態(tài)寄存器，可使UART工作在此模式下。節(jié)點(diǎn)在接收到地址字節(jié)時(shí)，判斷地址字節(jié)數(shù)據(jù)是否與UA_ALT_CSR[ADDR_MATCH]值相匹配，如果匹配，表示網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)要與此終端通信，故接收下面網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的所有數(shù)據(jù)字節(jié)。同時(shí)，地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)都會被存入U(xiǎn)ART的FIFO中，否則忽略所有字節(jié)，既不產(chǎn)生中斷，也不存入FIFO，直到匹配。
串口通信中由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位4部分組成。當(dāng)奇偶校驗(yàn)位為0時(shí)，表示傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)字節(jié)；當(dāng)它為1時(shí)，表示傳輸?shù)氖堑刂纷止?jié)。Cortex—M054的UA_ALT_CSR是一個(gè)32位的寄存器，其ADDR_MATCH用8位來表示，故自動地址識別模式最大從機(jī)數(shù)只支持256個(gè)節(jié)點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是：由于RS-485所有從機(jī)掛載在一根總線上，故網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，只有地址與自己匹配的節(jié)點(diǎn)才會響應(yīng)，其他節(jié)點(diǎn)可以正常執(zhí)行自己原先的任務(wù)而不被打擾，系統(tǒng)整體效率高。缺點(diǎn)是從機(jī)只能被主機(jī)輪詢時(shí)才能發(fā)送信息，不能主動和主機(jī)通信；一個(gè)總線上只能掛載256個(gè)節(jié)點(diǎn)。
3．4 普通模式通信
普通模式可以配置為接收所有數(shù)據(jù)，也可以選擇性地忽略數(shù)據(jù)，直到接收到地址字節(jié)。為了更加靈活地利用協(xié)議通信，將其設(shè)置為接收所有數(shù)據(jù)，即只要網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，那么總線上的所有節(jié)點(diǎn)都會收到數(shù)據(jù)，再根據(jù)協(xié)議解析內(nèi)容執(zhí)行相應(yīng)的動作，接地流程圖如圖4所示。

Cortex—M054內(nèi)部有4 KB的Data Flash給用戶存儲數(shù)據(jù)，故將節(jié)點(diǎn)的地址存入Flash中。當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后，先從Flash中讀出節(jié)點(diǎn)的地址，存入全局變量address中。當(dāng)收到數(shù)據(jù)包之后，進(jìn)行CRC校驗(yàn)，如果正確就接收，再根據(jù)協(xié)議解析地址地段，其值與address比較，以此判定此包是否屬于自己。
自動地址識別模式是由芯片自動篩選地址，而此處需要軟件判斷。因此，地址長度可以由用戶自己設(shè)定。