GPIO實現(xiàn)高可靠性RS485/422通信的研究

　　2）中間層：字節(jié)接收，如圖6所示。當(dāng)新bit接收完成時，將當(dāng)前Bit值按照格式組合到字節(jié)數(shù)據(jù)。當(dāng)字節(jié)位計數(shù)器滿一個字節(jié)時，如果滿足起始位“0”和停止位“1”的條件，字節(jié)接收完成，并通知頂層進行幀接收控制，否則字節(jié)無效。

　　3）頂層：幀接收，如圖7所示。首先檢測串口當(dāng)前狀態(tài)是否為接收允許，如果不是則將串口置為接收允許、發(fā)送禁止?fàn)顟B(tài)，在確任接收允許后開始收數(shù)。在新字節(jié)接收完成后，將新字節(jié)寫入接收緩沖區(qū)，同時根據(jù)通信協(xié)議啟動報文識別，直到收到一幀完整的報文，結(jié)束接收通信。根據(jù)實際需要可以加入通信超時控制。

　　4.面向?qū)ο髮崿F(xiàn)方法

　　在DSP中，對某一個GPIO管腳操作，需要對某一個寄存器的某一位進行置位或者清零。

　　為避免每次對管腳操作時去尋找寄存器的地址和位地址這個易出錯的缺點，軟件設(shè)計時采用C++類結(jié)構(gòu)的方式進行數(shù)據(jù)封裝，使用時只需在初始化時一次性的傳入寄存器及其位地址，其余用處均采用交互性良好的助記符。

　　4.1 GPIO管腳類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　在構(gòu)建GPIO管腳類時，圍繞寄存器以及位地址操作和電平操作進行。

　　軟件數(shù)據(jù)類型與處理器的型號相關(guān)，本文采用TMS3206713處理器，為有效控制數(shù)制，將硬件支持?jǐn)?shù)制和編譯系統(tǒng)符號相對應(yīng)，將C6000數(shù)據(jù)類型重定義，在GPIO操作中主要使用無符號數(shù)。

　　4.2 串口類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　為了區(qū)分當(dāng)前使用的串口類型，故定義串口類型號枚舉，為串口操作程序提供識別入口。

　　由類的構(gòu)造函數(shù)知，由于RS422和RS485所使用的管腳不同，為了將每種操作統(tǒng)一到一個函數(shù)中，采用了swtich結(jié)構(gòu)，其他成員函數(shù)類似。其中發(fā)射函數(shù)Sending（）對應(yīng)圖3、4中的流程，接收函數(shù)Receving（）對應(yīng)圖5、6、7中的流程。

　　軟件設(shè)計以定時器為中心，由使用目的屬性來區(qū)分發(fā)送還是接收，以中斷方式控制通信時序，能夠?qū)崿F(xiàn)全雙工通信。在全雙工通信中，當(dāng)出現(xiàn)收發(fā)定時中斷沖突的極端情況時，可設(shè)定發(fā)送優(yōu)先，由于端口操作時間為納秒級，接收滯后處理的影響可以忽略不計。

　　5.位檢測與接收通信可靠性

　　由于每一個bit的檢測結(jié)果直接決定著接收數(shù)據(jù)是否正確，按照波特率所確定的時間間隔對端口電平采樣一次來確定bit的值來實現(xiàn)的軟件，實驗室拷機時存在誤碼現(xiàn)象，因此通過提高bit的檢測能力，降低誤碼率。bit檢測改進方法如下：

　?。?）接收通信的位采樣仍然采用由波特率確定的時間間隔，但對于位檢測時，采用讀3次管腳電平然后進行表決的方式確定當(dāng)前bit的值，有效降低了誤碼率，但仍有字節(jié)出錯的問題，因為3取2的方式可以部分地剔除納秒級的高頻毛刺，但不能有效抑制強干擾引起的電平翻轉(zhuǎn)，需進一步改進。

　?。?2 ）將每一b i t檢測的時間間隔縮短到1/3,即對每一個bit進行三次檢測，然后做3取2判決，并將連續(xù)30個1/3bit的高電平后的首個1/3bit低電平作為幀起點的先決條件，確保正常情況下每一bit的3個1/3bit都是同樣的電平值，這樣做的好處是每一個bit的檢測可以允許一個1/3bit出錯。

　　以下進行簡要分析，令改進之前的誤碼率是p,引起誤碼的噪聲為非相干的，第一次改進后，對于任一bit的三次檢測中允許有一次出錯，因此在理想狀態(tài)下的誤碼率為檢測出錯兩次和三次的條件概率：

　　如果p=10-6,那么最終的誤碼率可以降低到約為1.4×10-25,分析表明改進措施應(yīng)該有效。

　　經(jīng)改進的軟件在實驗室進行了30小時通訊強度試驗，試驗中20ms完成一輪收發(fā)，報文長度為20個字節(jié)，在約1.08×108字節(jié)的接收通信中，未發(fā)現(xiàn)一個字節(jié)的通信錯誤。此后在產(chǎn)品8個月的調(diào)試與外場試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，除了有一次因通信接口芯片損壞以及一次不明原因的通信出錯以外，沒有出現(xiàn)因為軟件產(chǎn)生的通信故障，證實了接收通信的可靠性。

　　6.結(jié)論

　　本文在GPIO模擬通用RS485/422串口通信的研究中，采用分層處理技術(shù)、優(yōu)化bit檢測方法、面向?qū)ο笤O(shè)計手段，實現(xiàn)了全雙工通訊，具有邏輯清晰、易于實現(xiàn)、可靠性高和易于改進、維護和移植的優(yōu)點；但也存在一定的局限性，如軟件不宜采用匯編語言實現(xiàn)，全雙工通信是以定時器為中心進行統(tǒng)籌實現(xiàn)的，并不是真正獨立意義上的全雙工，其波特率受工作頻率的限制較大。