嵌入式系統(tǒng)通常都會(huì)與外部設(shè)備進(jìn)行通訊，這就涉及到通訊協(xié)議的問題。這些通訊協(xié)議有的是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有的廠家自定義的協(xié)議，如宇電的AI-BUS。在本篇中，我們將討論AI-BUS的驅(qū)動(dòng)，以便于與宇電設(shè)備的通訊。

1 、功能概述

宇電的設(shè)備使用基于RS-485的自定義協(xié)議，該協(xié)議稱為AI-BUS。AI-BUS協(xié)議采用16進(jìn)制數(shù)據(jù)格式來表示各種指令代碼。數(shù)據(jù)協(xié)議本身比較簡單，標(biāo)準(zhǔn)的通訊指令只有兩條，一條為讀指令，一條為寫指令：

讀：地址代號(hào) +52H （ 82 ） + 要讀的參數(shù)代號(hào) +0+0+ 校驗(yàn)碼

寫：地址代號(hào) +43H （ 67 ） + 要寫的參數(shù)代號(hào) + 寫入數(shù)低字節(jié) + 寫入數(shù)高字節(jié) + 校驗(yàn)碼

具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

地址代號(hào)：為了在一個(gè)通訊接口上連接多臺(tái) AI 儀表，需要給每臺(tái) AI 儀表編一個(gè)互不相同的通訊地址。有效的地址為 080（部分型號(hào)為 0100），所以一條通訊線路上最多可連接 81 臺(tái) AI 儀表，儀表的通訊地址由參數(shù) Addr 決定。儀表內(nèi)部采用兩個(gè)重復(fù)的 128208（16 進(jìn)制為 80HD0H）之間數(shù)值來表示地址代號(hào)，由于大于 128 的數(shù)較少用到（如 ASC 方式的協(xié)議通常只用 0-127 之間的數(shù)），因此可降低因數(shù)據(jù)與地址重復(fù)造成沖突的可能性。 AI 儀表通訊協(xié)議規(guī)定，地址代號(hào)為兩個(gè)相同的字節(jié)，數(shù)值為（儀表地址+80H）。例如：儀表參數(shù) Addr=10

（16 進(jìn)制數(shù)為 0AH，0A+80H=8AH），則該儀表的地址代號(hào)為：8AH 8AH

參數(shù)代號(hào)：儀表的參數(shù)用 1 個(gè) 8 位二進(jìn)制數(shù)（一個(gè)字節(jié)，寫為 16 進(jìn)制數(shù)）的參數(shù)代號(hào)來表示。它在指令中表示要讀/寫的參數(shù)名。

校驗(yàn)碼：校驗(yàn)碼采用16 位求和校驗(yàn)方式，其中讀指令的校驗(yàn)碼計(jì)算方法為：要讀參數(shù)的代號(hào) ×256+82+ADDR 。寫指令的校驗(yàn)碼計(jì)算方法為以下公式做16位二進(jìn)制加法計(jì)算得出的余數(shù)（溢出部分不處理）：要寫的參數(shù)代號(hào) ×256+67+ 要寫的參數(shù)值 +ADDR 。

公式中的數(shù)字都為十進(jìn)制；公式中 ADDR 為儀表地址參數(shù)值，范圍是 0~80（注意不要加上 80H）。校驗(yàn)碼為以上公式做二進(jìn)制 16 位整數(shù)加法后得到的余數(shù)，余數(shù)為 2 個(gè)字節(jié)，其低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。要寫的參數(shù)值用 16 位二進(jìn)制整數(shù)表示。

返回的數(shù)據(jù)格式更是固定的，無論是讀還是寫，儀表都返回以下10個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)：

測量值 ** PV+** 給定值 ** SV+** 輸出值 ** MV ** 及報(bào)警狀態(tài) + 所讀 / 寫參數(shù)值 + 校驗(yàn)碼。

其中 PV、 SV 及所讀參數(shù)值均各占 2 個(gè)字節(jié)，代表一個(gè) 16 位二進(jìn)制有符號(hào)補(bǔ)碼整數(shù)，低位字節(jié)在前，高位字節(jié)在后，整數(shù)無法表示小數(shù)點(diǎn)，要求用戶在上位機(jī)處理； MV 占一個(gè)字節(jié)，按 8 位有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)格式，數(shù)值范圍-110~＋110，狀態(tài)位占一個(gè)字節(jié)，校驗(yàn)碼占 2 個(gè)字節(jié)，共 10 個(gè)字節(jié)。

返回校驗(yàn)碼的計(jì)算公式： PV+SV+ （報(bào)警狀態(tài) *256+MV ） + 參數(shù)值 +ADDR

2 、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

我們已經(jīng)清楚了AI-BUS協(xié)議的的基本規(guī)則，對(duì)于通訊協(xié)議的驅(qū)動(dòng)開發(fā)，只需要按照通訊協(xié)議來實(shí)現(xiàn)代碼就可以了。

2.1 、對(duì)象定義

同樣的我們?cè)诓僮鰽I-BUS設(shè)備之前，我們先需要定義AI-BUS設(shè)備對(duì)象。然后針對(duì)AI-BUS設(shè)備的操作就是針對(duì)該對(duì)象的操作。

2.1.1 、對(duì)象的抽象

根據(jù)AI-BUS設(shè)備對(duì)象的特點(diǎn)，我們抽象對(duì)象類型。該對(duì)象各類型包括設(shè)備地址和狀態(tài)2個(gè)屬性和發(fā)送命令一個(gè)操作。而對(duì)于消息的接收我們一般采用串口中斷方式。對(duì)象類型定義如下：

/* 定義AI-BUS設(shè)備對(duì)象 */
typedef struct AIbusObject {
      uint8_t deviceAddr;
      uint8_t status;
      void(*SendBytes)(uint8_t *cmd，uint16_t size);
}AIbusObjectType;

2.1.2 、對(duì)象初始化

定義了AI-BUS對(duì)象類型后，我們就可以使用該類型聲明不同的對(duì)象，但是聲明的對(duì)象僅為一個(gè)對(duì)象變量，在使用之前必須對(duì)其進(jìn)行初始化，初始化函數(shù)如下：

/* AI-BUS對(duì)象初始化 */
void AIbusInitialization(AIbusObjectType*aibus，uint8_t addr，AiBusSendBytessend)
{
      if((aibus==NULL)||(send==NULL))
      {
             return;
      }

      aibus->deviceAddr=addr;
      aibus->SendBytes=send;
}

2.2 、對(duì)象操作

完成了對(duì)象的初始化后就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的操作了。根據(jù)前面對(duì)AI-BUS協(xié)議的了解，我們所需要完成的操作實(shí)際上就是3個(gè)方面。一是對(duì)目標(biāo)設(shè)備參數(shù)的讀操作；二是對(duì)目標(biāo)設(shè)備參數(shù)的寫操作；三是對(duì)接收到的消息進(jìn)行解析。

2.2.1 、讀對(duì)象操作

對(duì)AI-BUS對(duì)象的讀就是將讀命令按一定格式下發(fā)就好了。讀命令的格式為**：地址代號(hào)** +52H （ 82 ） + 要讀的參數(shù)代號(hào) +0+0+ 校驗(yàn)碼 。可以據(jù)此編寫讀操作如下：

/*讀取目標(biāo)設(shè)備的參數(shù)值*/
void ReadAiBusDeviceParameter(AIbusObjectType *aibus，uint8_tparaAddr)
{
 uint8_t readCommand[INSTRUCTION_LENGTH];
 uint16_t index=0;
 readCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 readCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 readCommand[index++]=READ_INSTRUCTION;
 readCommand[index++]=paraAddr;
 readCommand[index++]=0x0;
 readCommand[index++]=0x0;
 
 uint16_tcheckSum=(uint16_t)paraAddr*256+READ_INSTRUCTION+(uint16_t)aibus->deviceAddr;
 
 readCommand[index++]=checkSum;
 readCommand[index++]=(checkSum>>8);
 
 aibus->SendBytes(readCommand，INSTRUCTION_LENGTH);
}

2.2.2 、寫對(duì)象操作

同樣，對(duì)AI-BUS對(duì)象的寫操作也是按照寫命令的格式下發(fā)命令就可以了。寫對(duì)象的命令格式為**：地址代號(hào)** +43H （ 67 ） + 要寫的參數(shù)代號(hào) + 寫入數(shù)低字節(jié) + 寫入數(shù)高字節(jié) + 校驗(yàn)碼 。我們據(jù)此可以編寫寫操作函數(shù)：

/*設(shè)置目標(biāo)設(shè)備的參數(shù)值*/
void WriteAiBusDeviceParameter(AIbusObjectType *aibus，uint8_t paraAddr，uint16_t data)
{
 uint8_t writeCommand[INSTRUCTION_LENGTH];
 uint16_t index=0;
 writeCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 writeCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 writeCommand[index++]=WRITE_INSTRUCTION;
 writeCommand[index++]=paraAddr;
 writeCommand[index++]=data;
 writeCommand[index++]=(data>>8);
 
 uint16_t checkSum=(uint16_t)paraAddr*256+WRITE_INSTRUCTION+(uint16_t)aibus->deviceAddr+data;
 
 writeCommand[index++]=checkSum;
 writeCommand[index++]=(checkSum>>8);
 
 aibus->SendBytes(writeCommand，INSTRUCTION_LENGTH);
}

2.2.3 、消息解析

我們已經(jīng)知道AI-BUS對(duì)象的返回消息是一個(gè)固定的的格式。即：測量值 ** PV+** 給定值 ** SV+** 輸出值 ** MV ** 及報(bào)警狀態(tài) + 所讀 / 寫參數(shù)值 + 校驗(yàn)碼 。每一個(gè)字都是低字節(jié)在前，而校驗(yàn)碼則是返回的數(shù)據(jù)和加上設(shè)備地址，我們據(jù)此編寫解析函數(shù)：

/*解析返回?cái)?shù)據(jù)，返回值為讀或者寫的參數(shù)值*/
int ParsingReturnData(uint8_t*receiveData，uint16_t *returnData，AIbusObjectType *aibus，uint16_t deviceNum)
{
 int status=-1;
 
 uint16_t pValue=0;
 uint16_t sValue=0;
 uint16_t mValue=0;
 uint16_t alarmStatus=0;
 uint16_t paraValue=0;
 uint16_t checkSum=0;
 
 pValue=receiveData[0]+receiveData[1]*256;
 sValue=receiveData[2]+receiveData[3]*256;
 mValue=(uint16_t)receiveData[4];
 alarmStatus=(uint16_t)receiveData[5];
 paraValue=receiveData[6]+receiveData[7]*256;
 checkSum=receiveData[8]+receiveData[9]*256;
 
 uint16_t chk=pValue+sValue+alarmStatus*256+mValue+paraValue;
 
 for(int i=0;iif(checkSum==chk+aibus[i].deviceAddr)
   {
     status=i;
     returnData[0]=pValue;
     returnData[1]=sValue;
     returnData[2]=mValue;
     returnData[3]=alarmStatus;
     returnData[4]=paraValue;
     break;
   }
 }
      
 aibus[status].status=alarmStatus;
      
 return status;


}

3 、驅(qū)動(dòng)的使用

AI-BUS協(xié)議設(shè)備驅(qū)動(dòng)的使用主要按照三個(gè)步驟來操作：聲明并初始化對(duì)象；發(fā)送操作命令；接收并解析消息。接下來我們將據(jù)此完成驅(qū)動(dòng)的使用。

3.1 、聲明并初始化對(duì)象

我們需要使用AIbusObjectType類型聲明對(duì)象變量。同時(shí)我們要實(shí)現(xiàn)一個(gè)typedef void (*AiBusSendBytes)(uint8_t *cmd，uint16_t size)類型的操作函數(shù)。我們假設(shè)使用的USART1端口，則具體實(shí)現(xiàn)如下：

/*發(fā)送數(shù)據(jù)*/
void AiBusSendByte(uint8_t *instruction，uint16_t length)
{
  /*RS485設(shè)置為發(fā)送模式，準(zhǔn)備發(fā)送*/
  TEMPCTL_TRANSMIT_ALLOW();
  aiBusRxLength=0;
 
  uint16_t i;
  for(i=0;i/*傳送寄存器不為空，等待傳送結(jié)束*/
    while(USART_GetFlagStatus(USART1， USART_FLAG_TXE) == RESET)
    {
    }
    /*寫一個(gè)字節(jié)到對(duì)應(yīng)的串口傳送數(shù)據(jù)寄存器*/
    USART_SendData(USART1， instruction[i]);
  }
  Delayms(3);
  /*發(fā)送完畢，將RS485改為接收模式準(zhǔn)備接收*/
  TEMPCTL_RECIEVE_ALLOW();
  Delayms(20);
}

對(duì)于單個(gè)的對(duì)象我們直接使用其聲明就可：AIbusObjectType aiDev；假設(shè)其設(shè)備地址為uint8_t addr=0x01。然后調(diào)用初始化函數(shù)初始化。對(duì)于單臺(tái)設(shè)備則可直接調(diào)用：

AIbusInitialization(&aiDev，addr，AiBusSendByte);

而如果是在同一總線上有多個(gè)設(shè)備，我們也可以將其定義為數(shù)組形式。假設(shè)有4臺(tái)設(shè)備，地址我分別為：0x01，0x02，0x03，0x04，則可定義為：

AIbusObjectTypeaiDev[4]；

uint8_t addr[4]={0x01，0x02，0x03，0x04};

然后同樣調(diào)用初始化函數(shù)初始化：

for(inti=0;i<4;i++)

{

AIbusInitialization(aiDev+i，addr[i]，AiBusSendByte);

}

3.2 、發(fā)送操作命令

初始化完成后就可以對(duì)其進(jìn)行真正的操作：讀取或者寫某個(gè)參數(shù)的值。對(duì)于讀參數(shù)的值操作則只需要調(diào)用讀操作函數(shù)來完成：

ReadAiBusDeviceParameter(&aiDev，paraAddr);

而對(duì)于寫參數(shù)值的操作也只是簡單的調(diào)用寫操作函數(shù)來完成：

WriteAiBusDeviceParameter(&aiDev，paraAddr，data);

如果是多個(gè)對(duì)象，與前面一樣操作數(shù)組的方式來操作就可以了，再次就不贅述。

3.3 、接收并解析消息

接收消息我們采用串口中斷接收。具體實(shí)現(xiàn)如下：

void USART1_ReceiveDataHandle(void)
{
    if(aiBusRxLength>=RETURNING_DATA_LENGTH)
  {
    aiBusRxLength=0;
  }
  /*接收寄存器為空，等待字節(jié)被對(duì)應(yīng)的串口完全接收*/
  if(USART_GetFlagStatus(USART1， USART_IT_RXNE) != RESET)
    {  
    /*獲取接收到的字節(jié)數(shù)*/
    aiBusRxBuffer[aiBusRxLength++] =USART_ReceiveData(USART1);
  }
  }

我們知道接受的消息格式是固定的，我們調(diào)用消息解析函數(shù)來完成解析：

ParsingReturnData(receiveData，returnData，&aiDev，deviceNum);

其中receiveData是長度為10的uint8_t類型數(shù)組。returnData是長度為5的uint16_t類型數(shù)組。

4 、應(yīng)用總結(jié)

我們完成了AI-BUS驅(qū)動(dòng)的編寫及應(yīng)用。我們使用其同時(shí)操作4臺(tái)溫度控制器。我們操作數(shù)組的方式簡化函數(shù)的調(diào)用過程。當(dāng)然結(jié)果與我們的預(yù)期是相符的。

使用本驅(qū)動(dòng)程序操作AI-BUS設(shè)備，有一點(diǎn)需要注意：對(duì)于不懂的設(shè)備類型，參數(shù)的具體地址是用所不同的，需要查看廠家的參數(shù)定義來操作。