1、.一、rs485串口通信電路圖二.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(shè)備的驅(qū)動架構(gòu)及實現(xiàn)，提出了一種基于rs-485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(shè)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(nèi)容的crc校驗，提高了系統(tǒng)的通信效率和穩(wěn)定性。 關(guān)鍵詞：vxworks；rs-485；通信協(xié)議；總線仲裁；crc校驗 1 引言隨著信息技術(shù)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(lǐng)域的高速增長，數(shù)字化時代已經(jīng)來臨。嵌入式設(shè)備是數(shù)字化時代的主流產(chǎn)品，嵌入式軟

2、件是數(shù)字化產(chǎn)品的核心，作為嵌入式軟件的基礎(chǔ)和關(guān)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(lǐng)域。精品.2 rs-485總線rs-485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(gòu)成分布式系統(tǒng)、設(shè)備簡單、價格低廉、通信距離長。3 vxworks中串口驅(qū)動的實現(xiàn)vxworks 操作系統(tǒng)是美國

3、wind river公司設(shè)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(guān)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(shè)備無關(guān)的接口。這些設(shè)備包括：面向字符設(shè)備、隨機塊存儲設(shè)備、虛擬設(shè)備、控制和監(jiān)視設(shè)備以及網(wǎng)絡設(shè)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(qū)動架構(gòu)基于vxworks的串口設(shè)備驅(qū)動程序架構(gòu)，對vxworks的虛擬設(shè)備ttydrv進行封裝，向上將tty設(shè)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(shè)備

4、的操作，向下提供對實際硬件設(shè)備的底層設(shè)備驅(qū)動程序。其軟件架構(gòu)如圖1所示。精品.由圖1可知，串口設(shè)備驅(qū)動由兩部分組成，一部分為對ttydrv進行封裝，將串行設(shè)備安裝到標準的i/o系統(tǒng)中，提供對外的接口；另一部分為串行設(shè)備驅(qū)動程序，提供對硬件設(shè)備的基本操作。虛擬設(shè)備ttydrv管理著i/o系統(tǒng)和真實驅(qū)動程序之間的通信。在i/o系統(tǒng)方面，虛擬設(shè)備ttydrv作為一個字符型設(shè)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(shè)備描述符并將其加入到設(shè)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(diào)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

5、方面，ttydrv負責與實際的設(shè)備驅(qū)動程序交換信息。通過設(shè)備驅(qū)動程序提供的回調(diào)函數(shù)及必要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，ttydrv將系統(tǒng)的i/o請求作相應的處理后，傳遞給設(shè)備驅(qū)動程序，由設(shè)備驅(qū)動程序完成實際的i/o操作。3.2 驅(qū)動初始化串口設(shè)備的初始化xxdevinit流程如圖2。設(shè)備驅(qū)動的初始化過程首先調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)ttydrv()，該函數(shù)通過調(diào)用iosdrvinstall()將ttyopen()、ttyioctl()、tyread()、tyread、tywrite安裝到系統(tǒng)驅(qū)動函數(shù)表中，供i/o系統(tǒng)調(diào)用。接著根據(jù)用戶入?yún)Υ谛酒拇嫫鬟M行初始化，安裝驅(qū)動函數(shù)指針。精品.最后調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)ttydevcrea

6、te()創(chuàng)建ttydrv設(shè)備。該函數(shù)初始化設(shè)備描述符，調(diào)用tydevinit()函數(shù)初始化tylib、初始化select功能、創(chuàng)建信號量和輸入輸出緩沖區(qū)，調(diào)用iosdevadd()函數(shù)將設(shè)備添加到設(shè)備列表中并將設(shè)備置為中斷模式。驅(qū)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。4 rs-485通信協(xié)議4.1 485通信幀格式表 1 485通信幀格式目的地址源地址長度控制幀凈荷數(shù)據(jù)crc檢驗1byte1byte1byte2bytes由長度字節(jié)確定，255bytes2bytes長度字段不包含控制字段、檢驗字段。校驗字段使用ccitt的crc16的校驗方法

7、，其生成多項式為 。校驗字段默認是加上的，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(nèi)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(jié)果為2時，表明發(fā)送方附帶了校驗和。4.2 485數(shù)據(jù)鏈路層幀表 2 485鏈路層幀格式精品.頭標志（0x7e）485通信幀尾標志（0x7e）1byte最大不超過485通信幀的長度（不包括字節(jié)拆分的添加字符）2bytes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2

8、bytes，在發(fā)送方的cpu認為發(fā)送完畢最后一個尾標志字符時，保證第一個尾標志字符能夠完全到達目的設(shè)備。發(fā)送方除頭標志或尾標志之外，不允許出現(xiàn)0x7e，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(shè)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(shè)備描述符為 “mycom”，打開串口并創(chuàng)建設(shè)備讀寫描述符：g_sdwchannelfd = open(“mycom”, o_rdwr, 0); 設(shè)置波特率：ioc

9、tl(g_sdwchannelfd, fiobaudrate, g_rs485linkcbi.sdwbaudrate); 清空接收、發(fā)送緩存：ioctl(g_sdwchannelfd, fioflush,0); 工作模式設(shè)置：ioctl(g_sdwchannelfd, fiosetoptions, opt_raw); 5.2 通信發(fā)送過程精品.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(shè)備先寫一字節(jié)的地址請求，所有的

10、從設(shè)備均會收到，只有地址與之相等的從設(shè)備端口打開，其他設(shè)備全部關(guān)閉。這樣，主設(shè)備與從設(shè)備之間的通信就是點對點的。每一個從設(shè)備均有一根請求線與主設(shè)備相連，若從設(shè)備需要與主設(shè)備通信時，先通過請求線進行請求，當請求成功后，從設(shè)備應能檢測到總線上的地址與自身地址相同，從設(shè)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(guān)閉發(fā)送中斷，釋放總線，以保證其他從設(shè)備這段時間能與主設(shè)備正常通信，提高通信效率。精品.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(guān)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select 函數(shù)的事件觸發(fā)機制，將讀串口的任務阻塞使其

11、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(diào)用read( )接收數(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(shè)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(jié)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(shè)備報告字符接收錯誤，此時應當丟棄本幀，結(jié)束幀的接

12、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，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)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)。精品.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ticks）仍未有數(shù)據(jù)到達，則認為本幀數(shù)據(jù)接收結(jié)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(jié)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(jié)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(lǐng)域中。許多外部終端設(shè)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(diào)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rs-485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合法性校驗，當收到一幀完整的幀后，根