宇电AI-BUS通讯协议的驱动设计与实现

嵌入式系统通常都会与外部设备进行通讯，这就涉及到通讯协议的问题。这些通讯协议有的是标准协议有的厂家自定义的协议，如宇电的AI-BUS。在本篇中，我们将讨论AI-BUS的驱动，以便于与宇电设备的通讯。

1 、功能概述

宇电的设备使用基于RS-485的自定义协议，该协议称为AI-BUS。AI-BUS协议采用16进制数据格式来表示各种指令代码。数据协议本身比较简单，标准的通讯指令只有两条，一条为读指令，一条为写指令：

读：地址代号 +52H （ 82 ） + 要读的参数代号 +0+0+ 校验码

写：地址代号 +43H （ 67 ） + 要写的参数代号 + 写入数低字节 + 写入数高字节 + 校验码

具体结构如下图所示：

地址代号：为了在一个通讯接口上连接多台 AI 仪表，需要给每台 AI 仪表编一个互不相同的通讯地址。有效的地址为 080（部分型号为 0100），所以一条通讯线路上最多可连接 81 台 AI 仪表，仪表的通讯地址由参数 Addr 决定。仪表内部采用两个重复的 128208（16 进制为 80HD0H）之间数值来表示地址代号，由于大于 128 的数较少用到（如 ASC 方式的协议通常只用 0-127 之间的数），因此可降低因数据与地址重复造成冲突的可能性。 AI 仪表通讯协议规定，地址代号为两个相同的字节，数值为（仪表地址+80H）。例如：仪表参数 Addr=10

（16 进制数为 0AH，0A+80H=8AH），则该仪表的地址代号为：8AH 8AH

参数代号：仪表的参数用 1 个 8 位二进制数（一个字节，写为 16 进制数）的参数代号来表示。它在指令中表示要读/写的参数名。

校验码：校验码采用16 位求和校验方式，其中读指令的校验码计算方法为：要读参数的代号 ×256+82+ADDR 。写指令的校验码计算方法为以下公式做16位二进制加法计算得出的余数（溢出部分不处理）：要写的参数代号 ×256+67+ 要写的参数值 +ADDR 。

公式中的数字都为十进制；公式中 ADDR 为仪表地址参数值，范围是 0~80（注意不要加上 80H）。校验码为以上公式做二进制 16 位整数加法后得到的余数，余数为 2 个字节，其低字节在前，高字节在后。要写的参数值用 16 位二进制整数表示。

返回的数据格式更是固定的，无论是读还是写，仪表都返回以下10个字节数据：

测量值 ** PV+** 给定值 ** SV+** 输出值 ** MV ** 及报警状态 + 所读 / 写参数值 + 校验码。

其中 PV、 SV 及所读参数值均各占 2 个字节，代表一个 16 位二进制有符号补码整数，低位字节在前，高位字节在后，整数无法表示小数点，要求用户在上位机处理； MV 占一个字节，按 8 位有符号二进制数格式，数值范围-110~＋110，状态位占一个字节，校验码占 2 个字节，共 10 个字节。

返回校验码的计算公式： PV+SV+ （报警状态 *256+MV ） + 参数值 +ADDR

2 、驱动设计与实现

我们已经清楚了AI-BUS协议的的基本规则，对于通讯协议的驱动开发，只需要按照通讯协议来实现代码就可以了。

2.1 、对象定义

同样的我们在操作AI-BUS设备之前，我们先需要定义AI-BUS设备对象。然后针对AI-BUS设备的操作就是针对该对象的操作。

2.1.1 、对象的抽象

根据AI-BUS设备对象的特点，我们抽象对象类型。该对象各类型包括设备地址和状态2个属性和发送命令一个操作。而对于消息的接收我们一般采用串口中断方式。对象类型定义如下：

/* 定义AI-BUS设备对象 */
typedef struct AIbusObject {
      uint8_t deviceAddr;
      uint8_t status;
      void(*SendBytes)(uint8_t *cmd，uint16_t size);
}AIbusObjectType;

2.1.2 、对象初始化

定义了AI-BUS对象类型后，我们就可以使用该类型声明不同的对象，但是声明的对象仅为一个对象变量，在使用之前必须对其进行初始化，初始化函数如下：

/* AI-BUS对象初始化 */
void AIbusInitialization(AIbusObjectType*aibus，uint8_t addr，AiBusSendBytessend)
{
      if((aibus==NULL)||(send==NULL))
      {
             return;
      }

      aibus->deviceAddr=addr;
      aibus->SendBytes=send;
}

2.2 、对象操作

完成了对象的初始化后就可以实现对对象的操作了。根据前面对AI-BUS协议的了解，我们所需要完成的操作实际上就是3个方面。一是对目标设备参数的读操作；二是对目标设备参数的写操作；三是对接收到的消息进行解析。

2.2.1 、读对象操作

对AI-BUS对象的读就是将读命令按一定格式下发就好了。读命令的格式为**：地址代号** +52H （ 82 ） + 要读的参数代号 +0+0+ 校验码 。可以据此编写读操作如下：

/*读取目标设备的参数值*/
void ReadAiBusDeviceParameter(AIbusObjectType *aibus，uint8_tparaAddr)
{
 uint8_t readCommand[INSTRUCTION_LENGTH];
 uint16_t index=0;
 readCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 readCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 readCommand[index++]=READ_INSTRUCTION;
 readCommand[index++]=paraAddr;
 readCommand[index++]=0x0;
 readCommand[index++]=0x0;
 
 uint16_tcheckSum=(uint16_t)paraAddr*256+READ_INSTRUCTION+(uint16_t)aibus->deviceAddr;
 
 readCommand[index++]=checkSum;
 readCommand[index++]=(checkSum>>8);
 
 aibus->SendBytes(readCommand，INSTRUCTION_LENGTH);
}

2.2.2 、写对象操作

同样，对AI-BUS对象的写操作也是按照写命令的格式下发命令就可以了。写对象的命令格式为**：地址代号** +43H （ 67 ） + 要写的参数代号 + 写入数低字节 + 写入数高字节 + 校验码 。我们据此可以编写写操作函数：

/*设置目标设备的参数值*/
void WriteAiBusDeviceParameter(AIbusObjectType *aibus，uint8_t paraAddr，uint16_t data)
{
 uint8_t writeCommand[INSTRUCTION_LENGTH];
 uint16_t index=0;
 writeCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 writeCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 writeCommand[index++]=WRITE_INSTRUCTION;
 writeCommand[index++]=paraAddr;
 writeCommand[index++]=data;
 writeCommand[index++]=(data>>8);
 
 uint16_t checkSum=(uint16_t)paraAddr*256+WRITE_INSTRUCTION+(uint16_t)aibus->deviceAddr+data;
 
 writeCommand[index++]=checkSum;
 writeCommand[index++]=(checkSum>>8);
 
 aibus->SendBytes(writeCommand，INSTRUCTION_LENGTH);
}

2.2.3 、消息解析

我们已经知道AI-BUS对象的返回消息是一个固定的的格式。即：测量值 ** PV+** 给定值 ** SV+** 输出值 ** MV ** 及报警状态 + 所读 / 写参数值 + 校验码 。每一个字都是低字节在前，而校验码则是返回的数据和加上设备地址，我们据此编写解析函数：

/*解析返回数据，返回值为读或者写的参数值*/
int ParsingReturnData(uint8_t*receiveData，uint16_t *returnData，AIbusObjectType *aibus，uint16_t deviceNum)
{
 int status=-1;
 
 uint16_t pValue=0;
 uint16_t sValue=0;
 uint16_t mValue=0;
 uint16_t alarmStatus=0;
 uint16_t paraValue=0;
 uint16_t checkSum=0;
 
 pValue=receiveData[0]+receiveData[1]*256;
 sValue=receiveData[2]+receiveData[3]*256;
 mValue=(uint16_t)receiveData[4];
 alarmStatus=(uint16_t)receiveData[5];
 paraValue=receiveData[6]+receiveData[7]*256;
 checkSum=receiveData[8]+receiveData[9]*256;
 
 uint16_t chk=pValue+sValue+alarmStatus*256+mValue+paraValue;
 
 for(int i=0;iif(checkSum==chk+aibus[i].deviceAddr)
   {
     status=i;
     returnData[0]=pValue;
     returnData[1]=sValue;
     returnData[2]=mValue;
     returnData[3]=alarmStatus;
     returnData[4]=paraValue;
     break;
   }
 }
      
 aibus[status].status=alarmStatus;
      
 return status;


}

3 、驱动的使用

AI-BUS协议设备驱动的使用主要按照三个步骤来操作：声明并初始化对象；发送操作命令；接收并解析消息。接下来我们将据此完成驱动的使用。

3.1 、声明并初始化对象

我们需要使用AIbusObjectType类型声明对象变量。同时我们要实现一个typedef void (*AiBusSendBytes)(uint8_t *cmd，uint16_t size)类型的操作函数。我们假设使用的USART1端口，则具体实现如下：

/*发送数据*/
void AiBusSendByte(uint8_t *instruction，uint16_t length)
{
  /*RS485设置为发送模式，准备发送*/
  TEMPCTL_TRANSMIT_ALLOW();
  aiBusRxLength=0;
 
  uint16_t i;
  for(i=0;i/*传送寄存器不为空，等待传送结束*/
    while(USART_GetFlagStatus(USART1， USART_FLAG_TXE) == RESET)
    {
    }
    /*写一个字节到对应的串口传送数据寄存器*/
    USART_SendData(USART1， instruction[i]);
  }
  Delayms(3);
  /*发送完毕，将RS485改为接收模式准备接收*/
  TEMPCTL_RECIEVE_ALLOW();
  Delayms(20);
}

对于单个的对象我们直接使用其声明就可：AIbusObjectType aiDev；假设其设备地址为uint8_t addr=0x01。然后调用初始化函数初始化。对于单台设备则可直接调用：

AIbusInitialization(&aiDev，addr，AiBusSendByte);

而如果是在同一总线上有多个设备，我们也可以将其定义为数组形式。假设有4台设备，地址我分别为：0x01，0x02，0x03，0x04，则可定义为：

AIbusObjectTypeaiDev[4]；

uint8_t addr[4]={0x01，0x02，0x03，0x04};

然后同样调用初始化函数初始化：

for(inti=0;i<4;i++)

{

AIbusInitialization(aiDev+i，addr[i]，AiBusSendByte);

}

3.2 、发送操作命令

初始化完成后就可以对其进行真正的操作：读取或者写某个参数的值。对于读参数的值操作则只需要调用读操作函数来完成：

ReadAiBusDeviceParameter(&aiDev，paraAddr);

而对于写参数值的操作也只是简单的调用写操作函数来完成：

WriteAiBusDeviceParameter(&aiDev，paraAddr，data);

如果是多个对象，与前面一样操作数组的方式来操作就可以了，再次就不赘述。

3.3 、接收并解析消息

接收消息我们采用串口中断接收。具体实现如下：

void USART1_ReceiveDataHandle(void)
{
    if(aiBusRxLength>=RETURNING_DATA_LENGTH)
  {
    aiBusRxLength=0;
  }
  /*接收寄存器为空，等待字节被对应的串口完全接收*/
  if(USART_GetFlagStatus(USART1， USART_IT_RXNE) != RESET)
    {  
    /*获取接收到的字节数*/
    aiBusRxBuffer[aiBusRxLength++] =USART_ReceiveData(USART1);
  }
  }

我们知道接受的消息格式是固定的，我们调用消息解析函数来完成解析：

ParsingReturnData(receiveData，returnData，&aiDev，deviceNum);

其中receiveData是长度为10的uint8_t类型数组。returnData是长度为5的uint16_t类型数组。

4 、应用总结

我们完成了AI-BUS驱动的编写及应用。我们使用其同时操作4台温度控制器。我们操作数组的方式简化函数的调用过程。当然结果与我们的预期是相符的。

使用本驱动程序操作AI-BUS设备，有一点需要注意：对于不懂的设备类型，参数的具体地址是用所不同的，需要查看厂家的参数定义来操作。