關於RS485匯流排通訊協議開發注意事項

1       前言

近段時間發現我們系統在進行裝置組態時，採用的串列埠複用方式在同一個RS485串列埠上掛載多個智慧裝置進行通訊、監控。而往往在系統組態的時候就會發現部分裝置通訊不上，或者工程交付之後出現智慧裝置經常通訊中斷的情況。本文描述RS485匯流排協議的工作原理，從根本上剖析導致以上問題的根本原因。

2       RS485匯流排硬體特點

2.1     拓撲結構

RS485匯流排一般採用1對1和1對多的組網方式，很少有多對多的場合，主要原因是RS485沒有匯流排仲裁，多對多會導致多個裝置在總線上訊號衝撞，最終無法正常通訊。

2.2     匯流排掛載能力

RS485的匯流排掛載能力一般有三種等級，32節點（MAX485）、128節點（MAX1487）、256節點（MAX1483）。

3       RS485匯流排軟體特點

3.1     互動方式

RS485基本上採用一問一答的互動方式，主裝置向從裝置傳送一條指令，從裝置執行指令之後，返回一條應答命令。

特殊情況下，在資料互動不頻繁的場合中，為了提高反應速度，也有從裝置主動向主裝置傳送資料的用法。

3.2     地址

為了區分主裝置以及多個從裝置，在互動的訊息幀當中的從裝置的地址是必需的，否則無法區分具體的裝置。

如果一大堆從裝置當中有地址相同的話，將導致通訊異常。

3.3     校驗

RS485匯流排一般具備校驗，主要是因為通訊線路很長，存在干擾的可能性很大，校驗是對資料準確性的必要檢驗手段。

4       協議處理

4.1     幀結構分析

4.1.1 問題

早期485裝置的處理器大多采用8為低速微控制器。在協議的解析處理上因資源受限，往往做得不是很完善，導致在多裝置組網的情況下，發生通訊異常的情況。

4.1.2 有起始符和結束符

常用的SOH例如0x7E,EOH例如0x0D。

特點是具備特殊定義的起始符和結束符，在接收端很容易判斷是否有接收到完整的資料幀。接收完畢後再進行後處理。後處理包括地址判斷、CRC

4.1.3 無起始符

因為沒有起始符，很難判斷是否收到一個完整的資料幀，每收到一個位元組都要處理一次。處理起來很痛苦，但是微控制器程式恰恰相反，喜歡這麼做。

4.2     接收處理方法。

4.2.1 對於有起始符和結束符的協議來說，很少出問題，畢竟只要通過2個字元就可從總線上獲取一個完整的資料幀。如果總線上掛的裝置都是這種協議的裝置，很少發生故障。

4.2.2 對於沒有特殊字元的協議幀，處理起來比較麻煩，問題也比較多。

4.2.2.1  方法1

接收到第1個字元之後，就立刻判斷是否與本機地址匹配，如果不是，則停止接收資料，等待一段時間之後再接收。停止接收資料的目的在於丟掉該幀後續的資料。

特點：處理方式簡單，CPU開銷比較少。但是因為停止接收的時間段一般是固定的且預留得比較寬，有可能在停止接收的這個時間段內收到屬於本機的資料幀，卻沒收到。

4.2.2.2  方法2

收到第1個字元之後，不立即處理，直到接收完整的長度描述符（LEN）後，再根據長度描述符定義的長度，接收完一幀之後再處理。處理包括地址判斷、CRC校驗、以及協議解析等。

特點：能很快的接收到完整的資料包，但是不是本地的資料包也接收進來了，對低端的CPU來說是個壓力。

4.2.2.3  方法3

收到1個字元之後，如果超過多長時間沒有接收到下一個字元，則認為是資料包結束，對資料進行處理。

特點：和方法2類似，對低端的CPU來說是個壓力。另外的好處就是可以降低處理函式的複雜度，不需要計算資料包的長度，並依次接收。

但是字元超時的時間很難把控，如果雙發都是自己廠家的裝置問題不大，如果接了很多品牌的裝置，就會出現其他問題。

4.2.2.4  方法4

結合方法2和方法3，對CPU有一定的壓力，但是接收效果最好。響應迅速。

4.2.3 協議解析的錯誤做法

4.2.3.1  有些協議需要回送確認。例如控制檯。

4.2.3.2  有些協議智慧在接收到正確的資料包之後才能回送。但是某些裝置接收到了非法的資料之後也回送錯誤程式碼應答，導致與匯流排其他廠家裝置衝突。

4.3     帶來的問題

4.3.1 對於方法1，停止接收的時間段一般是固定的且預留得比較寬，有可能在停止接收的這個時間段內收到屬於本機的資料幀，卻沒收到。如過總線上資料量大的話，可能會一直存在這種問題，一直通訊不上。

4.3.2 對於方法2，接收端是沒有問題的，但是可能會影響到使用了方法1和方法3的裝置，因為方法2接收得快，應答的也快。對於方法1而言，應答的2個數據包緊跟在一起，長度比較長，時間也比較長，有可能接收到中間的部分資料，結果是錯誤的。更嚴重的是，因為接收到了錯誤的資料，從裝置會回送一個錯誤應答，與原有的其他裝置的正確資料衝突，導致所有的通訊都失敗。

5       解決辦法

5.1     在協議組態的時候，因為現場裝置已經安裝好，並且很多並不是我們廠家的裝置，讓其他廠家來配合我們調整程式並不現實，那麼可以通過一下方式來解決這些問題。

5.2     錯開波特率

不同廠家裝置之間，使用不同的波特率，且錯開也大越好，例如兩個廠家都支援1200到38400，則一個廠家用最低的，另一個廠家用最高的。

5.3     增加命令之間的間隔時間

5.3.1 在同一個裝置當中，需要讀取多條指令才能完成資料的採集，那麼在每條指令之間做個延時（200ms-500ms）。

5.3.2 在不同裝置切換時，上述時間可以更長一點（500ms-2S）。

5.3.3 以上時間可以根據現場情況進行適當調整，多次測試，獲取最佳的時間，既要保證可靠的通訊，又不能讓系統的響應速度受到明顯的影響。

5.4     歸零

傳送指令之前，先清空接收緩衝區，預防累加有其他無效的資料。