CANNY 7.2 alfa. Драйвер UART - Modbus

Общее описание

Контроллеры CANNY 7.2 alfa имеют четыре независимых аппаратных интерфейса UART, поддерживающих работу в асинхронном полудуплексном режиме приема/передачи данных, который может быть использован для связи контроллеров друг с другом или с внешним оборудованием поддерживающим данный вид связи. Интерфейсы UART задействуют каналы ввода-вывода контроллера, которые задаются пользователем в функциональной диаграмме. Каналы могут быть задействованы независимо друг от друга и иметь индивидуальные настройки скорости передачи данных, типа и конфигурации используемого протокола, подтяжки линии. Контроль состояния канала передачи данных должен осуществляться пользователем из функциональной диаграммы. Если канал свободен, то устройство может начать передачу данных, в противном случае устройство должно дождаться освобождения линии. Наличие четырех интерфейсов UART, способных работать в полудуплексном режиме, позволяет, при необходимости, организовать на их основе два интерфейса, работающих в дуплексном режиме.

Объем приемного и передающего буферов каждого из интерфейсов драйвера UART CANNY 7.2 alfa составляет 64 байта.

Реализация инвертированного UART в контроллерах CANNY 7.2 alfa, при использовании двух отдельных каналов UART, позволяет организовать обмен данными с другим устройством в дуплексном режиме, т.е. по одному каналу выполнять отправку данных, а по другому одновременно осуществлять прием данных.

Протокол Modbus в контроллерах CANNY 7.2 alfa реализуется как поверх UART, так и поверх инвертированного UART. В качестве ADU (Application Data Unit) используется компактный двоичный вариант - Modbus RTU. Проверка целостности данных осуществляется с помощью автоматически рассчитываемой контрольной суммы (CRC). Размер пакета ограничен 64 байтами включая CRC.

Примечание: Для корректной работы интерфейсов UART необходимо, чтобы контакты GND устройств, совершающих обмен данными, были приведены к единому потенциалу («общая земля»).

Драйвер UART в своей работе использует ресурсы каналов контроллера, но имеет более высокий приоритет чем драйвер дискретного ввода-вывода. Таким образом, при активации того или иного интерфейса UART, для задействованных в его работе каналов, изменение значений в связанных с ними регистрах драйвера дискретного ввода-вывода будет проигнорировано контроллером.

Регистры драйвера

Ниже приведено описание допустимых и возвращаемых значений регистров управления работой драйвера.

Регистры конфигурации драйвера UART.
Регистр Ожидаемые значения
Регистр конфигурации UARTx 1…N = установить конфигурацию канала драйвера UART контроллера, определяющую текущий режим и параметры его работы (задается специальной константой из справочника констант);
0 = отключить канал от драйвера UART, вернуть управление каналом драйверу каналов ввода-вывода и разрешить изменения его состояния из функциональной диаграммы.
Регистр установки таймаута приема сообщения UARTx, бит 1…255 = прекращение приема данных, если в течении указанного времени, за которое может быть принято указанное число бит данных, на линии не было зафиксировано ни одного изменения потенциала и линия находится в пассивном состоянии;
0 = использовать значение по умолчанию (13 бит).
Регистр номера канала ввода-вывода UARTx 0…7 = передача указанного канала ввода-вывода под управление драйвера UART; использовать указанный канал ввода-вывода для работы с соответствующим интерфейсом UART;

Примечание: При работе канала в режиме UART, один и тот же канал может быть использован как для передачи (TX), так и для приема (RX) данных, при этом данный интерфейс UART должен работать в полудуплексном режиме.

Конфигурация драйвера UART определяется константой, представляющей комбинацию параметров, определяющих скорость, режим, дополнительные параметры передачи данных и потенциал линии в пассивном режиме.

Константы параметров драйвера UART.
Параметр Перечень допустимых значений
Скорость передачи данных, бод 110; 150; 300; 600; 1200; 1800; 2400; 4800; 9600; 19200; 38400; 57600
Режим работы UART; инвертированный UART (INV UART)
Подтяжка в режиме UART плюс; воздух
Направление передачи в режиме INV UART прием; передача
Количество бит данных 8; 9
Контроль четности N (no) — нет; O (odd) — нечетный; E (even) - четный
Количество стоповых бит 1; 2.

Именованные константы, представляющие доступные пользователю комбинации параметров конфигурации UART, содержатся в разделе «Конфигурация UART» справочника констант CannyLab, доступ к которому осуществляется через контекстное меню констант на функциональной диаграмме.

Регистры диагностики драйвера UART.
Регистр Возвращаемые значения
Регистр переполнения буфера приема UARTx 1 = буфер UART переполнен;
0 = переполнения не зафиксировано.
Регистр ошибки приема UARTx 1 = во время приема данных UART произошла ошибка;
0 = драйвер работает в нормальном режиме.
Регистр готовности буфера передачи данных UARTx 1 = буфер передачи данных драйвера UART свободен;
0 = буфер передачи данных драйвера UART занят, передача данных невозможна.
Регистры приема драйвера UART.
Регистр Возвращаемые значения
Регистр наличия принятых данных UARTx 1 = сообщение получено и помещено в буфер приема соответствующего канала драйвера UART;
0 = в буфере приема соответствующего канала драйвера UART отсутствуют актуальные данные.
Регистр признака RTU буфера приема данных UARTx 1 = полученное по соответствующему каналу сообщение UART является корректным сообщением Modbus RTU, контрольная сумма корректна;
0 = полученное по соответствующему каналу сообщение UART не является корректным сообщением Modbus RTU.
Регистр длины принятого сообщения UARTx 0…64 = значение, равное количеству байт данных, в принятом по соответствующему каналу драйвера UART пакете данных.
Регистр принятого сообщения UARTx D1:D0

Регистр принятого сообщения UARTx D63:D62
0…0xFFFF = значения соответствующих байт данных приемных буферов UART каждого канала, по два байта на регистр.
Регистры передачи драйвера UART.
Регистр Ожидаемые значения
Регистр начала передачи UARTx ≥ 1 = загрузить данные из регистров передачи в буфер передачи соответствующего канала драйвера UART;
0 = не загружать данные в буфер передачи соответствующего канала драйвера UART.
Регистр признака RTU буфера передачи данных UARTx ≥ 1 = команда драйверу дописать к сообщению в буфере передачи соответствующего канала драйвера UART контрольную сумму в формате Modbus RTU, сформировав для отправки пакет данных в соответствии с протоколом Modbus RTU;
0 = передавать данные буфера передачи соответствующего канала драйвера «как есть».
Регистр длины сообщения передачи UARTx 0…64 = количество байт данных, которое будет необходимо передать в линию, при получении команды на отправку соответствующего канала драйвера UART.
Регистр сообщения передачи UART1 D1:D0

Регистр сообщения передачи UART1 D63:D62
0…0xFFFF = значения соответствующих байт данных для передачи по соответствующему каналу драйвера UART, по два байта на регистр.

При работе в режиме Modbus регистр чтения длины UARTx содержит значение с учетом принятых байт контрольной суммы (CRC), т. е. на 2 байта больше чем длина полезной нагрузки сообщения. При отправке пакета Modbus значение регистра установки длины сообщения UARTx также должно быть увеличено на 2 байта для возможности размещения и пересылки CRC. Т.е. максимальная длина пакета, при обмене сообщениями Modbus, составляет 64 байта, включая CRC (для приема и для передачи).

Работа контроллера в режиме UART

Пример функциональной диаграммы для обмена данными по UART.

Пример функциональной диаграммы для обмена данными по UART.

Скачать файл диаграммы примера.

Контроллер, получив сообщение длиной 2 байта по интерфейсу UART1, сохраняет их в соответствующей именованной сети для дальнейшей обработки и на следующем цикле выполнения диаграммы отправляет обратно заранее подготовленные 2 байта данных.

Примечание: Особое внимание следует обратить на то, что для избежания коллизий, при отправке данных, необходимо строго контролировать регистр готовности буфера передачи данных канала UARTx: если буфер не готов, значит в данный момент драйвером выполняется прием данных — отправка данных должна быть отложена.

Работа контроллера в режиме инвертированного UART

Работая по инвертированному UART контроллер может использовать каждый из своих каналов передачи данных только в симплексном (однонаправленном) режиме. При использовании сразу обоих каналов UART, которые работают независимо друг от друга, возможно организовать дуплексный режим обмена информацией по двум проводам: один канал — только прием, второй — только передача.

Пример функциональной диаграммы для работы с инвертированным UART. Получая данные по каналу UART2, при условии, что значение полученных байтов D1:D0 равно «0хAAAA», контроллер отправляет, по каналу UART1, 2 байта данных, содержащих значение «0xBBBB».

Пример функциональной диаграммы для работы с RS-232.

Скачать файл диаграммы примера.

Реализация Modbus RTU

Драйвер UART включает в себя функционал автоматического формирования и проверки контрольной суммы по стандарту Modbus RTU, что упрощает включение контроллера в сеть работающую по данному протоколу. Управлять формированием контрольной суммы передаваемых сообщений и её проверкой при приёме можно через соответствующие регистры драйвера.

Примечание: При работе в режиме Modbus регистр чтения длины UARTx содержит значение с учетом принятых байт контрольной суммы (CRC), т. е. на 2 байта больше чем длина полезной нагрузки сообщения. При отправке пакета Modbus значение регистра установки длины сообщения UARTx также должно быть увеличено на 2 байта для возможности размещения и пересылки CRC. Т.е. максимальная длина пакета, при обмене сообщениями Modbus, составляет 32 байта, включая CRC (для приема и для передачи).

Пример функциональной диаграммы работы контроллера в режиме MASTER-узла Modbus поверх инвертированного UART.

Пример функциональной диаграммы работы контроллера в режиме MASTER-узла Modbus поверх инвертированного UART.

Скачать файл диаграммы примера.

Выполняя диаграмму, контроллер периодически отправляет SLAVE-узлу с адресом 0х20 запрос на получение от него значения из Modbus-регистра данных с адресом 0х0001. Получение ответа на свой запрос MASTER сопровождает коротким включением своего зеленого светодиода.

Строка запроса, при обмене данными между устройствами, будет выглядеть так:

-> 20 03 00 01 00 01 D3 7B

Адрес опрашиваемого устройства: 0x20 (байт D0 регистра приема сообщения UART2 D1:D0).

Функция: 0x03 - чтение значений из нескольких регистров хранения (байт D1 регистра приема сообщения UART2 D1:D0).

Номер первого запрашиваемого регистра: 0x0001 (байты D2 и D3 регистра приема сообщения UART2 D3:D2).

Число запрашиваемых регистров: 0x0001 (байты D4 и D5 регистра приема сообщения UART2 D5:D4).

Контрольная сумма: 0xD37B (байты D6 и D7 регистра приема сообщения UART2 D7:D6 — добавляются драйвером автоматически).

Пример функциональной диаграммы работы контроллера в качестве SLAVE-узла Modbus поверх инвертированного UART.

Пример функциональной диаграммы работы контроллера в качестве SLAVE-узла Modbus поверх инвертированного UART.

Скачать файл диаграммы примера.

Получая от MASTERа запрос на передачу данных, контроллер в ответ передает состояние запрошенного регистра. Контроллер передает 2 байта данных (+2 байта CRC), т.к. регистры Modbus имеют разрядность 16 бит.

Строка ответа, при обмене данными между устройствами, будет выглядеть так:

<- 20 03 02 FA FA C6 A0

Адрес отвечающего устройства: 0x20 (байт D0 регистра сообщения передачи UART1 D1:D0).

Функция: 0x03 - результат чтения значений из нескольких регистров хранения (байт D1 регистра сообщения передачи UART1 D1:D0).

Число возвращаемых байт: 0x02 (байт D2 регистра сообщения передачи UART1 D3:D2).

Значение старшего байта запрашиваемого регистра: 0xFA (байт D3 регистра сообщения передачи UART1 D3:D2).

Значение младшего байта запрашиваемого регистра: 0xFA (байт D4 регистра сообщения передачи UART1 D5:D4).

Контрольная сумма: 0xC6A0 (байт D5 регистра приема сообщения UART1 D5:D4 и байт D6 регистра приема сообщения UART1 D7:D6 соответственно — добавляются драйвером автоматически).

СМОТРИ ТАКЖЕ