嵌入式Linux开发---RS485通信驱动硬件编程

提醒：RS485的使用与UART串口的使用基本相同，差别在于使用485时需要手动切换485芯片的收发引脚模式。Linux 驱动RS485通信的程序源码Demo见文末。

1、RS485基础铺垫

        智能仪表随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来，世界仪表市场基本被智能仪表所垄断，这归结于企业信息化的需要，而企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS-232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能，随后出现的RS-485解决了这个问题。RS-485又名TIA-485-A, ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485。

RS-485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。

在RS-485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。

RS-485能够进行远距离传输主要得益于使用差分信号进行传输，当有噪声干扰时仍可以使用线路上两者差值进行判断，使传输数据不受噪声干扰。

差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号，也称差模信号。

差分信号又称差模信号，是相对共模信号而言的。

共模信号是信号线对地的电压，差模信号是信号线之间的电压。放大电路是一个双口网络，每个端口有两个端子。当两个输入端子的输入信号分别为U1和U2时，两信号的差值称为差模信号，而两信号的算术平均值称为共模信号。

RS-485差分线路包括以下2个信号：

• A：非反向（non-inverting）信号
• B：反向（inverting）信号

为避免信号反射，当线缆长度很长时数据传输线必须有终点，并且分支长度尽可能的短。正确的终端需要终端电阻RT匹配，其值为传输线的特性阻抗Z0。

RS-485标准建议线缆的Z0=120Ω。线缆干线通常终端匹配120Ω的电阻，线缆的末尾处各一个。

此外，在RS485的基础上，还衍生了Modbus等通信标准。

2、RS485硬件说明

（如果看不懂可以跳过，确定RS485的控制GPIO是哪个就行）

Linux开发板的RS485部分的原理图

SP3485芯片内部逻辑电路图

通过开发板的RS485部分的原理图和SP3485的芯片内部逻辑图可知：

GPIO_RX485_CTL引脚为高电平时，RS485为发送模式，

GPIO_RX485_CTL引脚为低电平时，RS485为接收模式。

SP3485芯片原厂说明手册，建议多查阅厂商手册，对于理解各类技术文档资料和开发能力的提升有非常大的帮助。

3、RS485通信功能实现

实际上，使用RS485通信的本质还是在使用UART串口通信，只是在程序编写时，需要对read、write多一步的处理。即，进行写485操作时，通过控制引脚切换485芯片为发送模式，读操作时，通过控制引脚切换485芯片为接收模式。485处理芯片相对于串口，就是需要将TTL逻辑电平信号转换为RS485差分电平信号。

如果觉得在代码中切换485芯片操作不方便，甚至可以直接使用TTL串口转485等模块，以串口方式驱动硬件设备。

本文中使用的是RS485转USB模块，根据实际情况连接设备，不能接错线。

连接开发板和硬件设备的RS485引脚A、B（A线接A线，B线接B线）

查看开发板串口3对应的tty设备号及RS485控制端口引脚对应的编号

 ttymxc 是指 i.MX 系列芯片上的一个串口设备。其它Linux开发板根据板子实际情况选择。

编写RS485测试程序，交叉编译到Linux开发板中运行

开发板运行RS485程序，接收及发送数据运行效果图

4、Linux RS485通信程序源码

        main.c

#include 
#include 
#include 

#include "linux-rs485.h"



int main(int argc, char **argv)
{
    int fd_rs485;
    int ret;
    ret = rs485_init_for_linux(&fd_rs485, B115200);
    if(ret < 0)
    {
        return -1;
    }
    printf("RS485 test Starting...\n");
    char buf[1024] = {0};
    while(1)
    {
        rs485_set_gpio_value(RS485_CTRL_GPIO, RS485_SEND_MODE);
        write(fd_rs485,"hello rs485\r\n", strlen("hello rs485\r\n"));
        sleep(1);
        rs485_set_gpio_value(RS485_CTRL_GPIO, RS485_RECV_MODE);
        read(fd_rs485,buf,1024);
        printf("recv:%s\r\n", buf);
        memset(buf, 0, 1024);
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

        linux-rs485.c

#include "linux-rs485.h"

/**
  * @brief  linux开发板RS485通信初始化
  * @param  fd:打开RS485通信文件描述符
  * @param  baudrate:485通信波特率
  * @retval 成功返回0,失败返回-1
  */
int rs485_init_for_linux(int *fd, speed_t baudrate)
{
    //0、打开串口 /dev/ttymxc2
    *fd = open("/dev/ttymxc2", O_RDWR); //具体的tty设备号，需根据开发板的实际情况修改
    if(*fd == -1)
    {
        perror("open /dev/ttymxc2 failed!");
        return -1;
    }
    //1.定义串口结构体
    struct termios old_cfg, new_cfg;
    //2.获取当前串口的属性配置
    if(tcgetattr(*fd, &old_cfg) != 0)
    {
        perror("tcgetattr");
        close(*fd);
        return -1;
    }
    //3.设置串口的通信模式
    bzero(&new_cfg, sizeof(new_cfg));
    new_cfg = old_cfg;
    cfmakeraw(&new_cfg);
    //4.配置串口信息
    cfsetispeed(&new_cfg, baudrate);
    cfsetospeed(&new_cfg, baudrate);
    new_cfg.c_cflag |=  CLOCAL | CREAD;
    //设置数据位：8位
    new_cfg.c_cflag &= ~CSIZE;
    new_cfg.c_cflag |=  CS8;
    //设置校验位
    new_cfg.c_cflag &= ~PARENB;
    //设置停止位
    new_cfg.c_cflag &= ~CSTOPB;
    //清空缓冲区
    new_cfg.c_cc[VTIME] = 0;
    new_cfg.c_cc[VMIN]  = 4;
    tcflush(*fd, TCIFLUSH);

    //5.将配置信息同步到系统中
    if((tcsetattr(*fd, TCSANOW, &new_cfg)) != 0)
    {
        perror("tcsetattr");
        close(*fd);
        return -1;
    }

    //6、配置485通信控制IO
    rs485_set_gpio_export(RS485_CTRL_GPIO);
    rs485_set_gpio_direction(RS485_CTRL_GPIO, GPIO_OUT_MODE);
    
    return 0;
}

/**
  * @brief  设置RS485引脚export
  * @param  gpio:端口引脚号
  * @retval 成功返回0,失败返回-1
  */
int rs485_set_gpio_export(unsigned int gpio)
{
    int fd, len;
    char buf[128];
    fd = open( "/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
    if (fd < 0) 
    {
        perror("gpio/export");
        return -1;
    }
 
    len = snprintf(buf, sizeof(buf), "%d", gpio);//从数字变换为字符串，即1 变为”1“
    write(fd, buf, len);//将需要导出的GPIO引脚编号进行写入
    close(fd);
 
    return 0;
}

/**
  * @brief  设置RS485引脚unexport
  * @param  gpio:端口引脚号
  * @retval 成功返回0,失败返回-1
  */
int rs485_set_gpio_unexport(unsigned int gpio)
{
    int fd, len;
    char buf[128];
    fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("gpio/export");
        return -1;
    }
 
    len = snprintf(buf, sizeof(buf), "%d", gpio);//从数字变换为字符串，即1 变为”1“
    write(fd, buf, len);//将需要取消导出的GPIO引脚编号进行写入
    close(fd);
    return 0;
}

/**
  * @brief  设置RS485引脚方向
  * @param  gpio:端口引脚号
  * @param  io_flag:引脚IO的状态
  * @retval 成功返回0,失败返回-1
  */
int rs485_set_gpio_direction(unsigned int gpio, unsigned int io_flag)
{
    int fd, len;
    char buf[128];
    len = snprintf(buf, sizeof(buf), "/sys/class/gpio"  "/gpio%d/direction", gpio);
 
    fd = open(buf, O_WRONLY);
    if (fd < 0) 
    {
        perror(buf);
        return -1;
    }
    
    if (io_flag)//为1，则写入“out"，即设置为输出
        write(fd, "out", 4);
    else//为0，则写入“in"，即设置为输入
        write(fd, "in", 3);
 
    close(fd);
    return 0;
}

/**
  * @brief  设置RS485引脚电平值
  * @param  gpio:端口引脚号
  * @param  value:电平值（高电平、低电平）
  * @retval 成功返回0,失败返回-1
  */
int rs485_set_gpio_value(unsigned int gpio, unsigned int value)
{
    int fd, len;
    char buf[128];
    len = snprintf(buf, sizeof(buf), "/sys/class/gpio" "/gpio%d/value", gpio);
 
    fd = open(buf, O_WRONLY);
    if (fd < 0) 
    {
        perror(buf);
        return -1;
    }
 
    if (value)//为1，则写入“1"，即设置为输出高电平
        write(fd, "1", 2);
    else//为0，则写入“0"，即设置为输出低电平
        write(fd, "0", 2);
 
    close(fd);
    return 0;
}

/**
  * @brief  设置RS485引脚方向
  * @param  gpio:端口引脚号
  * @param  value:获取的引脚值
  * @retval 成功返回0,失败返回-1
  */
int rs485_get_gpio_value(unsigned int gpio, unsigned int *value)
{
    int fd, len;
    char buf[128];
    char ch;
    len = snprintf(buf, sizeof(buf), "/sys/class/gpio" "/gpio%d/value", gpio);
    
    fd = open(buf, O_RDONLY);
    if (fd < 0) 
    {
        perror("gpio/get-value");
        return fd;
    }
    
    read(fd, &ch, 1);//读取外部输入电平

    if (ch != '0') //为'1'，则设置为1，即输入为高电平
    {
        *value = 1;
    } else {       //为'0'，则设置为0，即输入为低电平
        *value = 0;
    }
    
    close(fd);
    return 0;
}

        rs485-linux.h

#ifndef __LINUX_RS485_H
#define __LINUX_RS485_H

#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define RS485_CTRL_GPIO  128 //RS485具体的控制引脚需根据开发板实际情况修改
#define GPIO_OUT_MODE    1
#define GPIO_IN_MODE     0
#define RS485_RECV_MODE  0
#define RS485_SEND_MODE  1

int rs485_init_for_linux(int *fd, speed_t baudrate);
int rs485_set_gpio_export(unsigned int gpio);
int rs485_set_gpio_unexport(unsigned int gpio);
int rs485_set_gpio_direction(unsigned int gpio, unsigned int io_flag);
int rs485_set_gpio_value(unsigned int gpio, unsigned int value);
int rs485_get_gpio_value(unsigned int gpio, unsigned int *value);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif

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