嵌入式系统专业方向实习——嵌入式RS485总线应用

嵌入式系统专业方向实习——嵌入式RS485总线应用1341901107 薛文菁124 武易08 杨兴美目录摘要------------------------------------------------------3 第一章1.1 实习背景及意义---------------------------------------4 1.2 嵌入式操作系统---------------------------------------4 1.3 RS485总线技术---------------------------------------7 第二章2.1 RS485 总线概述----------------------------------------9 2.2 RS485 总线的电气特征----------------------------------9 2.3 RS485 总线的MAC 帧结构-------------------------------10 第三章3.1 驱动程序设计-----------------------------------------11 3.2 RS485总线驱动程序设计--------------------------------11 3.3软键盘的设计-----------------------------------------11 3.4 实验代码---------------------------------------------11 第四章4.1 结果图----------------------------------------------27 4.2 未来前景分析----------------------------------------29 4.3 设计心得--------------------------------------------30嵌入式RS485总线应用摘要随着计算机技术和自动化技术的不断进步，嵌入式系统也在发生着变化，RS485总线是在嵌入式系统比较常用的一种总线技术，RS485总线具有通信速率高，可靠性高，连接方便，性价比高的特点，总线利用率高，信息帧最多只含8个字节，能够在强电磁干扰环境下进行远距离传输。

因此在嵌入式系统中得到了广泛的应用。

以RS485总线为例，讨论了Linux操作系统下的设备驱动程序开发。

在构建好硬件的基础上，详细介绍了基于嵌入式Linux的RS485驱动程序的开发过程，并详细描述并讨论了通过RS485总线网络控制多个节点进行多机通信人机对话通过触摸屏的图形界面的过程。

关键词RS485总线应用，嵌入式Linux，多机通信，驱动第一章绪论1.1 实习背景及意义现场总线技术是适用于工厂底层设备与仪表通信的计算机网络，它的出现导致了传统控制系统结构的变革，分布在现场的智能设备通过现场总线连为一体，这就是所谓的现场总线控制系统。

RS485总线是众多现场总线的一种，在自动化领域已经得到了广泛的应用。

1.2 嵌入式操作系统要实现以太网和现场总线的互连，就是要完成TCP／IP协议与现场总线协议的转换，以及多个接口之间数据的接收和发送。

这些对网关的实时性提出很高的要求，因此有必要选择一个合适的嵌入式操作系统去支持TCP／IP协议的实现。

1.2.1 嵌入式系统嵌入式系统诞生至今，在世界范围那还没有一个准确的定义。

国际电气和电子工程师协会IEEE(1nstitute of Electrical and Electronics Engineers)的定义是：嵌入式系统是对设备、机器及车间的运作，进行控制、监视或者辅助的装置。

另外还有一个比较通俗易懂的定义t嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品，面向应用，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。

嵌入式系统应具有高可靠性：在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作。

嵌入式系统的主要特点有：硬件，嵌入式系统在功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力等方面均受制约。

与通用计算机不同，嵌入式系统的硬件必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。

软件；嵌入式系统的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也与通用计算机有所不同。

嵌入式系统应用软件要求固化存储，一般存储在存储器芯片或单片机本身中。

另外，由于嵌入式系统存储空间的限制和实时性方面的要求，软件代码要求赢质量、高可靠性，以减少程序二进制代码长度、提高执行速度。

嵌入式系统集软件与硬件于一体，适合应用于要求实时和多任务的场合。

硬件有：嵌入式处理器、存储器和其他相关支撑硬件，软件又分为应用软件和操作系统。

对于要求多任务和实时性的应用，就可以选择一个嵌入式操作系统作为系统软件。

它是应用软件和硬件之间的过度层。

本文所要研究的课题就是一个实时、多任务系统的应用。

1．2．2嵌入式实时操作系统嵌入式实时操作系统 (RTOS-Real-Time Embedded Operating System)是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

顺应着嵌入式系统的应用的需要，现在的嵌入式系统从简单的但是无法应用于复杂项目且实时性无法保证的前／后台系统(Foreground／Background，如图1．1)，过渡到嵌入式实时操作系统，无论可靠性、安全性以及软件的可移植性都产生了质的飞越。

RTOS使得实时应用程序的设计和扩展变得容易，不需要大的改动就可以增加新的功能。

通过应用程序把设计分割成为若干独立的任务，使得应用程序的设计过程大为简化．使用可剥夺性内核时，所有时间要求苛刻的事件都得到了尽可能快捷、有效的处理。

通过有效的服务，如信号量、邮箱、队列、延时和超时等，RTOS使得资源得到更好的利用。

RTOS其实是一段已经包装好的代码，这段代码需要固化到嵌入式系统中，作为一个整体向用户提供服务，系统复位后RTOS先子用户程序执行。

用户的应用程序是运行于RTOS上的各个任务，RTOS根据各个任务的要求，进行资源(CPU，定时器，内存等)的管理，任务的切换。

编写程序时，只要分别编写不同的任务，而不必将全部任务运行时候的各种可能情况记在心中，大大减少了程序编写的工作量，也减少了出错的可能性，使得用户可以写很少的代码实现复杂的功能。

当前的嵌入式实时操作系统种类繁多，从商业的角度上分为：商用型(使用要收费)和免费型。

商用型的实时操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵，比如风河(WindRivcr)的VxWorks，3COM的Plam OS，Microwave的OS-9。

以及Windows Embedded等等，这些商业型除了提供实时性极强的内核，还包括输入输出管理、视窗系统、文件系统、网络组件、语言接口库、调试软件，交叉编译平台工具。

而这些都造就了商业系统的高价；免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，但大多数都是爱好者们开发或者改进的，目前比较流行的有Linux和uC／OS-II。

1.3 RS485总线技术RS485是控制局域网总线，是德国Bosch公司为现代汽车电子应用领先推出的一种多主机局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。

1．3．1 RS485总线的特点RS485总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，与一般的通信总线相比，RS485总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，RS485总线具有如下特点：(1)RS485总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，且不分主从；(2)RS485总线采用独特的菲破坏性总线仲裁技术，商优先级节点优先传送数据，故实时性好：(3)RS485总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能；RS485总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时问短，并有CRC及其它校验措施，数据出错率极低；(4)RS485总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响；(5)RS485总线系统扩充时。

可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活；(6)RS485总线的最大传输速率可达1Mb／s，直接通信距离最远可达到10km(速率在5kbps以下)；(7)RS485总线上的节点数取决于总线驱动电路。

在标准帧(1l位报文标识符)时可达到110个，而在扩展帧(29位报文标识符)时，个数不受限。

由于其特点，RS485总线的应用范围已不再局限于汽车行业，而向机械工业、医疗器械、机器入、数控机床及传感器等领域发展。

1．3．2 RS485总线的分层结构RS485遵从OSI模型，按照OSI基准模型，RS485结构划分为两层：数据链路层和物理层(包括逻辑链路子层LLC和媒体访问控制子层MAC)，具体分层结构如图1．2所示。

LLC子层的主要功能有：帧接收滤波、超载通告和恢复管理。

为数据传送和远程数据请求提供服务，确认由LLC子层接收的报文已被接收，并为恢复管理和通知超载提供信息。

MAC子层的主要功能有；发送数据封装，发送媒体访问管理，接收媒体访问管理、接收数据卸装。

MAC子层是RS485协议的核心，它描述由LLC子层接收到的报文和对LLC子层发送的认可报文。

MAC子层可响应报文帧、仲裁、应答、错误检测标定。

MAC子层由称为故障界定的一个管理实时监控，它具有识别永久故障或短暂扰动的自检机制。

图1.2 RS485总线的分层结构第二章硬件电路设计2.1 RS485 总线概述RS485，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

最初RS485 总线被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU 之间交换信息，形成汽车电子控制网络。

比如，发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中均嵌入RS485 控制装置。

一个由RS485 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。

但是，实际应用中节点数目受网络硬件的电气特性所限制。

例如，当使用Philips P82C250 作为RS485 收发器时，同一网络中允许挂接110 个节点。

RS485 可提供高达1Mbit/s 的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。

另外，硬件的错误检定特性也增强了RS485 的抗电磁干扰能力。

RS485 的主要优点包括：RS485 的主要优点包括：·低成本·极高的总线利用率·很远的数据传输距离(长达10 公里)·高速的数据传输速率（高达 1Mbit/s）·可根据报文的 ID 决定接收或屏蔽该报文·可靠的错误处理和检错机制·发送的信息遭到破坏后可自动重发·节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能·报文不包含源地址或目标地址仅用标志符来指示功能信息优先级信2.2 RS485 总线的电气特征RS485 能够使用多种物理介质进行传输，例如：双绞线、光纤等。