GPIO實(shí)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(shí)，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(jì)數(shù)器滿一個(gè)字節(jié)時(shí)，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(jìn)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(cè)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(shí)根據(jù)通信協(xié)議啟動(dòng)報(bào)文識(shí)別，直到收到一幀完整的報(bào)文，結(jié)束接收通信。根據(jù)實(shí)際需要可以加入通信超時(shí)控制。

　　4.面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)方法

　　在DSP中，對(duì)某一個(gè)GPIO管腳操作，需要對(duì)某一個(gè)寄存器的某一位進(jìn)行置位或者清零。

　　為避免每次對(duì)管腳操作時(shí)去尋找寄存器的地址和位地址這個(gè)易出錯(cuò)的缺點(diǎn)，軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用C++類結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，使用時(shí)只需在初始化時(shí)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(shí)，圍繞寄存器以及位地址操作和電平操作進(jìn)行。

　　軟件數(shù)據(jù)類型與處理器的型號(hào)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(hào)相對(duì)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(hào)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(hào)枚舉，為串口操作程序提供識(shí)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(gè)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(duì)應(yīng)圖3、4中的流程，接收函數(shù)Receving（）對(duì)應(yīng)圖5、6、7中的流程。

　　軟件設(shè)計(jì)以定時(shí)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(shí)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(shí)中斷沖突的極端情況時(shí)，可設(shè)定發(fā)送優(yōu)先，由于端口操作時(shí)間為納秒級(jí)，接收滯后處理的影響可以忽略不計(jì)。

　　5.位檢測(cè)與接收通信可靠性

　　由于每一個(gè)bit的檢測(cè)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(shí)間間隔對(duì)端口電平采樣一次來確定bit的值來實(shí)現(xiàn)的軟件，實(shí)驗(yàn)室拷機(jī)時(shí)存在誤碼現(xiàn)象，因此通過提高bit的檢測(cè)能力，降低誤碼率。bit檢測(cè)改進(jìn)方法如下：

　　（1）接收通信的位采樣仍然采用由波特率確定的時(shí)間間隔，但對(duì)于位檢測(cè)時(shí)，采用讀3次管腳電平然后進(jìn)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(cuò)的問題，因?yàn)?取2的方式可以部分地剔除納秒級(jí)的高頻毛刺，但不能有效抑制強(qiáng)干擾引起的電平翻轉(zhuǎn)，需進(jìn)一步改進(jìn)。

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

　　以下進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，令改進(jìn)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(jìn)后，對(duì)于任一bit的三次檢測(cè)中允許有一次出錯(cuò)，因此在理想狀態(tài)下的誤碼率為檢測(cè)出錯(cuò)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(jìn)措施應(yīng)該有效。

　　經(jīng)改進(jìn)的軟件在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了30小時(shí)通訊強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)中20ms完成一輪收發(fā)，報(bào)文長(zhǎng)度為20個(gè)字節(jié)，在約1.08×108字節(jié)的接收通信中，未發(fā)現(xiàn)一個(gè)字節(jié)的通信錯(cuò)誤。此后在產(chǎn)品8個(gè)月的調(diào)試與外場(chǎng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)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(cuò)以外，沒有出現(xiàn)因?yàn)檐浖a(chǎn)生的通信故障，證實(shí)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(cè)方法、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)手段，實(shí)現(xiàn)了全雙工通訊，具有邏輯清晰、易于實(shí)現(xiàn)、可靠性高和易于改進(jìn)、維護(hù)和移植的優(yōu)點(diǎn)；但也存在一定的局限性，如軟件不宜采用匯編語言實(shí)現(xiàn)，全雙工通信是以定時(shí)器為中心進(jìn)行統(tǒng)籌實(shí)現(xiàn)的，并不是真正獨(dú)立意義上的全雙工，其波特率受工作頻率的限制較大。