RS485实验

介绍

RS485采用差分信号进行传输，半双工通信。RS485是一个总线，在同一总线上最多可以挂接32个节点。通信流程简单理解为默认为接收状态，发送数据时切换为发送状态，数据发送完毕后切换为接收状态。发送和接收分别由一个引脚控制，且使能信号相反，可以由一个gpio去控制。下图是一个RS485的芯片，和芯片连接的一端有4个管腿儿，对外只有两条是差分线的。这里注意一下同时发送和接收，发送和接收可以同时使能接收的，发送的数据不仅会对外发，同时也接到了内部的接收器上，因此收发同时使能的话，在没有其他设备发送数据时，发送数据的时候会收到自己发送的数据。

从硬件设计上，可以看到还是有可能会有两个设备同时使用总线发送数据的情况，完成半双工通信的话还需要软件上去实现同步。百度了一些资料，发现没有统一的说法，但是看到了一个CSMA/CD（波侦听多路访问/冲突检测），以太网用的是这种方式。大致意思是发送的时候去监听，如果接收到的数据和发送到的数据不一致，说明和其他设备争用了总线，就随机等待一段时间后再发送。

FPGA代码分析

接收和发送数据还是基于之前的串口模块，RS485多了方向的控制。例子设计了一个握手协议，1起始字节（0x55）+1长度字节+有效数据，fpga收到后将数据返回回来，如果可以收到发送的数据表示握手成功。数据需要缓存，所以需要使用一个fifo来实现，接收到的有效数据放入到FIFO里面，之后将FIFO中的数据发送出去。
状态机设计如下：

	case(state)IDLE:	/* 空闲状态，进行一些初始化操作 */beginstate 			<= RCV_HEAD;rs485_de 		<= 1'b0 ;rx_data_ready 	<= 1'b1 ;endRCV_HEAD:	/* 起始字节接收状态，等待起始字节的到来 */beginif (rx_data_valid == 1'b1 && rx_data == 8'h55)	//when received data is valid and data is 8'h55,it means the start of datastate <= RCV_COUNT ;				endRCV_COUNT:	/* 数据长度接收状态，接收有效的数据长度，保存到一个计数器中 */beginif (rx_data_valid == 1'b1)	//record data counterbeginif (rx_data > 0)		//if data counter bigger than 0, then goto receive data state or goto IDLE statestate <= RCV_DATA ;		elsestate <= IDLE ;data_count <= rx_data ;endendRCV_DATA:	/* 数据接收状态，把数据放到fifo里面，这一要看下fifo的时序 */beginfifo_wren  <= rx_data_valid ;fifo_wdata <= rx_data ;if (rx_data_valid == 1'b1)beginif (rx_cnt == data_count - 1)	//the last received databeginrx_cnt 		<= 8'd0 ;rs485_de 	<= 1'b1 ;state  		<= WAIT ;endelserx_cnt <= rx_cnt + 1'b1 ;endendWAIT:	/* 等待状态，延时1ms */begin						fifo_wren  <= 1'b0 ;if (wait_cnt >= CLK_FRE * 1000) // wait for 1 ms for direction changebeginwait_cnt <= 32'd0 ;state <= SEND_WAIT;endelsebeginwait_cnt <= wait_cnt + 32'd1;endendSEND_WAIT:	/* 数据发送等待状态，读取fifo数据 */begin		if (tx_data_ready == 1'b1)beginif (tx_cnt == data_count)			//the last data has transferredbegintx_cnt 			<= 8'd0 ;					fifo_rden		<= 1'b0 ;state 			<= IDLE ;endelsebeginfifo_rden		<= 1'b1 ;		//read data from fifostate 			<= SEND ;endendtx_data_valid 	<= 1'b0 ;endSEND:	/* 数据发送状态，发送数据 */beginfifo_rden		<= 1'b0 ;tx_data_valid 	<= 1'b1 ;if(tx_data_valid == 1'b1 && tx_data_ready == 1'b1 && tx_cnt < data_count)begintx_cnt <= tx_cnt + 8'd1; //Send data counterstate  <= SEND_WAIT ;end	enddefault:state <= IDLE;endcase

上板测试

没有485串口，不测试。

参考

1. 原来RS-485这么简单？
2. 图文详解RS-485，真的很详细了
3. RS485能否从机向主机发出请求?冲突如何解决?