关于GPIO实现RS485/422通信的研究

2)中间层：字节接收，如图6所示。当新bit接收完成时，将当前Bit值按照格式组合到字节数据。当字节位计数器满一个字节时，如果满足起始位“0”和停止位“1”的条件，字节接收完成，并通知顶层进行帧接收控制，否则字节无效。

3)顶层：帧接收，如图7所示。首先检测串口当前状态是否为接收允许，如果不是则将串口置为接收允许、发送禁止状态，在确任接收允许后开始收数。在新字节接收完成后，将新字节写入接收缓冲区，同时根据通信协议启动报文识别，直到收到一帧完整的报文，结束接收通信。根据实际需要可以加入通信超时控制。

4.面向对象实现方法

在DSP中，对某一个GPIO管脚操作，需要对某一个寄存器的某一位进行置位或者清零。

为避免每次对管脚操作时去寻找寄存器的地址和位地址这个易出错的缺点，软件设计时采用C++类结构的方式进行数据封装，使用时只需在初始化时一次性的传入寄存器及其位地址，其余用处均采用交互性良好的助记符。

4.1GPIO管脚类数据结构

在构建GPIO管脚类时，围绕寄存器以及位地址操作和电平操作进行。

软件数据类型与处理器的型号相关，本文采用TMS3206713处理器，为有效控制数制，将硬件支持数制和编译系统符号相对应，将C6000数据类型重定义，在GPIO操作中主要使用无符号数。

4.2 串口类数据结构

为了区分当前使用的串口类型，故定义串口类型号枚举，为串口操作程序提供识别入口。

由类的构造函数知，由于RS422和RS485所使用的管脚不同，为了将每种操作统一到一个函数中，采用了swtich结构，其他成员函数类似。其中发射函数Sending()对应图3、4中的流程，接收函数Receving()对应图5、6、7中的流程。

软件设计以定时器为中心，由使用目的属性来区分发送还是接收，以中断方式控制通信时序，能够实现全双工通信。在全双工通信中，当出现收发定时中断冲突的极端情况时，可设定发送优先，由于端口操作时间为纳秒级，接收滞后处理的影响可以忽略不计。

5.位检测与接收通信可靠性

由于每一个bit的检测结果直接决定着接收数据是否正确，按照波特率所确定的时间间隔对端口电平采样一次来确定bit的值来实现的软件，实验室拷机时存在误码现象，因此通过提高bit的检测能力，降低误码率。bit检测改进方法如下：

(1)接收通信的位采样仍然采用由波特率确定的时间间隔，但对于位检测时，采用读3次管脚电平然后进行表决的方式确定当前bit的值，有效降低了误码率，但仍有字节出错的问题，因为3取2的方式可以部分地剔除纳秒级的高频毛刺，但不能有效抑制强干扰引起的电平翻转，需进一步改进。

( 2 )将每一b i t检测的时间间隔缩短到1/3,即对每一个bit进行三次检测，然后做3取2判决，并将连续30个1/3bit的高电平后的首个1/3bit低电平作为帧起点的先决条件，确保正常情况下每一bit的3个1/3bit都是同样的电平值，这样做的好处是每一个bit的检测可以允许一个1/3bit出错。

以下进行简要分析，令改进之前的误码率是p,引起误码的噪声为非相干的，第一次改进后，对于任一bit的三次检测中允许有一次出错，因此在理想状态下的误码率为检测出错两次和三次的条件概率：

如果p=10-6,那么最终的误码率可以降低到约为1.4×10-25,分析表明改进措施应该有效。

经改进的软件在实验室进行了30小时通讯强度试验，试验中20ms完成一轮收发，报文长度为20个字节，在约1.08×108字节的接收通信中，未发现一个字节的通信错误。此后在产品8个月的调试与外场试验统计数据表明，除了有一次因通信接口芯片损坏以及一次不明原因的通信出错以外，没有出现因为软件产生的通信故障，证实了接收通信的可靠性。

6.结论

本文在GPIO模拟通用RS485/422串口通信的研究中，采用分层处理技术、优化bit检测方法、面向对象设计手段，实现了全双工通讯，具有逻辑清晰、易于实现、可靠性高和易于改进、维护和移植的优点;但也存在一定的局限性，如软件不宜采用汇编语言实现，全双工通信是以定时器为中心进行统筹实现的，并不是真正独立意义上的全双工，其波特率受工作频率的限制较大。