MSP430多處理器之間的通信方式及協(xié)議

1、MSP430多處理器之間的通信方式及協(xié)議日期：2006-10-17來源：單片機及嵌入式系統(tǒng)應用 作者：中國石油大學 崔鳳新 廖明燕 鄭金吾字體：大 中 小 摘 要：MSP430的功能已經(jīng)非常強大，其片內外設豐富，適合眾多的場合使用；但是在大型復雜的場合或者實時性要求較高的場合，使用一個處理器處理所有的業(yè)務，總是顯得有些不足。引入多處理器協(xié)作工作的模式，可提高系統(tǒng)的實時性、可靠性和適用性；利用MSP430固有的特點，選擇UART模式，采用ModBus的通信協(xié)議，可進行不同處理器之間的數(shù)據(jù)交換。關鍵詞：多處理器 UART M0dBus MSP430 在單片機系統(tǒng)中，多處理器是指多個相同類型或者不同

2、類型的單片機協(xié)作處理同一個系統(tǒng)的不同工作。它們之間必須具備一定的數(shù)據(jù)交換和協(xié)作處理能力，共同完成一個系統(tǒng)化的工作。不同處理器之間可以采用數(shù)據(jù)交換方式、并行總線方式、串行總線方式進行通信。其中，數(shù)據(jù)交換方式又可以稱為共享內存交換方式；串行總線方式又可以分為單總線方式、集成電路之間的通信方式和UART方式。1 MSP430多處理器 MSP430是一款超低功耗的混合信號控制器，具有1 6位RISC結構，有著豐富的片內外設，主要包括有看門狗、定時器、比較器、硬件乘法器、液晶驅動器、ADC、I0端口、串口(USART)等等，還集成有64 KB的FlasE-ROM和2 KB的RAM。其功能強大，應用場合廣

3、泛。但是在大型復雜的場合或者實時性要求較高的場合，使用一個處理器處理所有的業(yè)務，總是顯得有些不足。引入多個MsP430處理器協(xié)作工作的模式，可以提高系統(tǒng)的實時性、可靠性和適用性。 在多數(shù)場合，MSP430無須為每個處理器擴展FlashROM，也無須擴展RAM，采用共享內存的數(shù)據(jù)交換方式組成多處理器系統(tǒng)并非最佳選擇。此外，MSP430包括有兩個串口(USART)，在MSP430的應用中，可以把兩組串行端口中的一個供外部通信使用，另一個串行端口供內部通信使用。采用串行總線中的串行通信方式組成多處理器系統(tǒng)是比較理想的選擇。2 技術要點2.1 MSP430多處理器組成 MSP430具有兩個串行端口(U

4、SART)，可以使用其中的一個作為多處理器之間的通信端口。由于串行通信的架構限制，MSP430采用UART串行通信模式組成的多處理器系統(tǒng)，必須建立一個主處理器和若干從處理器。主處理器的TXD端與所有從處理器的RXD端相連，所有從處理器的TXD端與主處理器的RXD端相連。MSP43O多處理器拓撲結構如圖1所示。 在這個結構中，主處理器通過TXD端發(fā)送出指令報文，傳輸?shù)綇奶幚砥鞯腞XD接收端；從處理器對指令報文進行解包并且對這個指令報文進行響應。從處理器的響應報文通過TXD發(fā)送到主處理器的RXD接收端，主處理器獲取響應報文確認指令是否被正確執(zhí)行。從這個結構上看，主處理器可以與任何從處理器進行通信，

5、任何從處理器也可以和主處理器進行通信，但是從處理器與從處理器之間卻不可以進行直接的通信。2.2 多處理器系統(tǒng)串行通信協(xié)議 在多處理器系統(tǒng)的串行通信方式中，可以有若干種通信協(xié)議進行選擇，如ModBus、Brooks、工業(yè)總線協(xié)議等等。在此，可以選擇業(yè)界通用的MocBus通信協(xié)議作為處理器與處理器之間的通信協(xié)議。2.3 ModBus通信協(xié)議 Modbus協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)設備。ModBus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等報文格式，并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認識和使用的消息結構，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的。ModBtls的ASCII、R

6、TU協(xié)議規(guī)定了消息和數(shù)據(jù)的結構、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通信采用MasterSlave方式。Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Mastez端，以響應請求；Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫。2.4 ModBus在多處理器系統(tǒng)中的報文格式 由于是一個主服務器對應多個從處理器的系統(tǒng)，處理器與處理器之間的報文傳輸必須明確標注目標地址和源地址，以免不相干的處理器之間進行誤導操作。除此以外，為了提高主處理器的處理能力，同時避免不同處理器存在報文相應速度差，以及不同指令任務之間存在處理量差異的問題，必須采用異步通信模式進行通信。要滿足

7、異步通信模式，必須在報文中對每次的通信操作加注請求報文的16位標示(可以稱之為句柄)，同時對這些句柄進行記錄。2.4.1 數(shù)據(jù)讀取請求報文格式 源地址：主處理器地址。 目標地址：指令目的地地址(從處理器)。 句柄：指令請求標示號。 功能代碼：操作指令代碼。 起始地址：讀取從處理器數(shù)據(jù)寄存器的起始地址。 字節(jié)數(shù)：操作所涉及的寄存器字。 校驗碼：CRC校驗碼或者LRC校驗碼。2.4.2 數(shù)據(jù)讀取應答報文格式 源地址：從處理器地址。 目標地址：主處理器地址。 句柄：指令請求標示號。 功能代碼：操作指令代碼。 數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)：操作所涉及的寄存器字節(jié)數(shù)。 數(shù)據(jù)1至數(shù)據(jù)n:數(shù)據(jù)。 校驗碼：CRC校驗碼或者LR

8、C校驗碼。 其中，應答報文中的目標地址等價于請求報文中的源地址，應答報文中的源地址等價于請求報文中的目標地址。2.5 校驗碼 在ModBus中，通用的校驗方式是ASCII協(xié)議方式采用LRC校驗方式，RTU協(xié)議方式采用CRC校驗方式。2.5.1 LRC校驗 LRC校驗比較簡單。它在ASCII協(xié)議中使用，檢測了消息域中除開始的冒號及結束的回車換行號外的內容。它僅僅是把每一個需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按字節(jié)疊加后取反加1即可。下面是它的C代碼：BYTE GetCheckCode(const char*pSendBuf，Int nEnd) 獲得校驗碼BYTE byLrc=O。char pBuf4；int nDat

9、a=0for(i=1;iend；i+=2)i初始為1，避開“開始標記”冒號每兩個需要發(fā)送的ASCII碼轉化為一個十六進制數(shù)pBufO=pSendBufi；pBu=pSendBuf；pBuf2=、O；sscanf(pBuf，”x”，& nData)；bvLrc+=nData；byhc=byLrc；byLrc+；return byLrc;2.5.2 CRC校驗 CRC是先調入一值是全“1”的16位寄存器，然后調用一過程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)和當前寄存器中的值進行處理。僅每個字符中的8位數(shù)據(jù)對CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校驗位均無效。 CRC產生過程中，每個8位字符都單獨和寄存器內容相或(OR

10、)，結果向最低有效位方向移動，最高有效位以0填充。LSB被提取出來檢測。如果LSB為1，寄存器單獨和預置的值“或”一下；如果LSB為O，則不進行。整個過程要重復8次。在最后一位(第8位)完成后，下一個8位字節(jié)又單獨和寄存器的當前值相“或”。最終寄存器中的值，是消息中所有字節(jié)都執(zhí)行之后的CRC值。 CRC添加到消息中時，低字節(jié)先加入，然后高字節(jié)加入。下面是它的C代碼：WORD GetCheckCode(const char*pSendBuf，int nEnd) 獲得校驗碼WORD wCrc=WORD(0xFFFF)；for(int i=O；inEnd；i+)wCrc=WoRD(BYTE(pSendBufi)；for(Intj=O；j=l；wCrc一OxA00l：elsewCrc=1；retIlrIl wCrc：3 報文示范 ModBus包含ASCII和RTU兩種報文格式。RTU報文較短，但是沒有邊界定義;ASCII報文較長，但是邊界明了。在多處理器通信之中，由于通信距離很短，干擾較小，因此可以選擇較高的通信速率。通信速率提高了，報文長度較長對通信的影響不大，因此可以選擇ASCII報文格式進行通信。 ModBus的