在單片機(jī)" title="單片機(jī)">單片機(jī)系統(tǒng)中，多處理器是指多個(gè)相同類(lèi)型或者不同類(lèi)型的單片機(jī)協(xié)作處理同一個(gè)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(gè)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(jìn)行通信,。其中,，數(shù)據(jù)交換方式又可以稱(chēng)為共享內(nèi)存" title="內(nèi)存">內(nèi)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" title="低功耗">低功耗的混合信號(hào)控制器，具有1 6位RISC結(jié)構(gòu),，有著豐富的片內(nèi)外設(shè),，主要包括有看門(mén)狗、定時(shí)器,、比較器,、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器,、ADC,、I／0端口、串口(USART)等等,，還集成有64 KB的Flas’E-ROM和2 KB的RAM,。其功能強(qiáng)大,，應(yīng)用場(chǎng)合廣泛。但是在大型復(fù)雜的場(chǎng)合或者實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合,，使用一個(gè)處理器處理所有的業(yè)務(wù),，總是顯得有些不足。引入多個(gè)MsP430處理器協(xié)作工作的模式,，可以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,、可靠性和適用性。
在多數(shù)場(chǎng)合,，MSP430無(wú)須為每個(gè)處理器擴(kuò)展FlashROM,，也無(wú)須擴(kuò)展RAM，采用共享內(nèi)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(gè)串口(USART)，在MSP430的應(yīng)用中,，可以把兩組串行端口中的一個(gè)供外部通信使用,，另一個(gè)串行端口供內(nèi)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(shù)要點(diǎn)
2.1 MSP430多處理器組成
MSP430具有兩個(gè)串行端口(USART),，可以使用其中的一個(gè)作為多處理器之間的通信端口。由于串行通信的架構(gòu)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(gè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。
在這個(gè)結(jié)構(gòu)中,，主處理器通過(guò)TXD端發(fā)送出指令報(bào)文,，傳輸?shù)綇奶幚砥鞯腞XD接收端；從處理器對(duì)指令報(bào)文進(jìn)行解包并且對(duì)這個(gè)指令報(bào)文進(jìn)行響應(yīng),。從處理器的響應(yīng)報(bào)文通過(guò)TXD發(fā)送到主處理器的RXD接收端,，主處理器獲取響應(yīng)報(bào)文確認(rèn)指令是否被正確執(zhí)行,。從這個(gè)結(jié)構(gòu)上看,，主處理器可以與任何從處理器進(jìn)行通信，任何從處理器也可以和主處理器進(jìn)行通信,，但是從處理器與從處理器之間卻不可以進(jìn)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(jìn)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(shè)備,。ModBus協(xié)議包括ASCII、RTU,、TCP等報(bào)文格式,，并沒(méi)有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認(rèn)識(shí)和使用的消息結(jié)構(gòu),，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的,。ModBtls的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息和數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu),、命令和就答的方式,，數(shù)據(jù)通信采用Master／Slave方式。Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)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(yīng)請(qǐng)求；Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫(xiě),。
2.4 ModBus在多處理器系統(tǒng)中的報(bào)文格式
由于是一個(gè)主服務(wù)器對(duì)應(yīng)多個(gè)從處理器的系統(tǒng)，處理器與處理器之間的報(bào)文傳輸必須明確標(biāo)注目標(biāo)地址和源地址,，以免不相干的處理器之間進(jìn)行誤導(dǎo)操作,。除此以外，為了提高主處理器的處理能力,，同時(shí)避免不同處理器存在報(bào)文相應(yīng)速度差,，以及不同指令任務(wù)之間存在處理量差異的問(wèn)題，必須采用異步通信模式進(jìn)行通信,。要滿(mǎn)足異步通信模式,，必須在報(bào)文中對(duì)每次的通信操作加注請(qǐng)求報(bào)文的16位標(biāo)示(可以稱(chēng)之為句柄)，同時(shí)對(duì)這些句柄進(jìn)行記錄,。
2.4.1 數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求報(bào)文格式
源地址：主處理器地址,。
目標(biāo)地址：指令目的地地址(從處理器)。
句柄：指令請(qǐng)求標(biāo)示號(hào),。
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(yàn)碼：CRC校驗(yàn)碼或者LRC校驗(yàn)碼,。
2.4.2 數(shù)據(jù)讀取應(yīng)答報(bào)文格式
源地址：從處理器地址,。
目標(biāo)地址：主處理器地址。
句柄：指令請(qǐng)求標(biāo)示號(hào),。
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(yàn)碼：CRC校驗(yàn)碼或者LRC校驗(yàn)碼,。
其中，應(yīng)答報(bào)文中的目標(biāo)地址等價(jià)于請(qǐng)求報(bào)文中的源地址,，應(yīng)答報(bào)文中的源地址等價(jià)于請(qǐng)求報(bào)文中的目標(biāo)地址,。
2.5 校驗(yàn)碼
在ModBus中，通用的校驗(yàn)方式是ASCII協(xié)議方式采用LRC校驗(yàn)方式,，RTU協(xié)議方式采用CRC校驗(yàn)方式,。
2.5.1 LRC校驗(yàn)
LRC校驗(yàn)比較簡(jiǎn)單。它在ASCII協(xié)議中使用,，檢測(cè)了消息域中除開(kāi)始的冒號(hào)及結(jié)束的回車(chē)換行號(hào)外的內(nèi)容,。它僅僅是把每一個(gè)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(yàn)碼
BYTE byLrc=O,。
char pBuf[4]；
int nData=0
for(i=1;i
pBuf[O]=pSendBuf[i]；
pBu=pSendBuf,；
pBuf[2]=,、O’；
sscanf(pBuf,，”％x”,，& nData)；
bvLrc+=nData,；
byhc=～byLrc,；
byLrc++；
return byLrc;
}
2.5.2 CRC校驗(yàn)
CRC是先調(diào)入一值是全“1”的16位寄存器,，然后調(diào)用一過(guò)程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)和當(dāng)前寄存器中的值進(jìn)行處理,。僅每個(gè)字符中的8位數(shù)據(jù)對(duì)CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校驗(yàn)位均無(wú)效,。
CRC產(chǎn)生過(guò)程中,，每個(gè)8位字符都單獨(dú)和寄存器內(nèi)容相或(OR),，結(jié)果向最低有效位方向移動(dòng),，最高有效位以0填充,。LSB被提取出來(lái)檢測(cè)。如果LSB為1,，寄存器單獨(dú)和預(yù)置的值“或”一下,；如果LSB為O，則不進(jìn)行,。整個(gè)過(guò)程要重復(fù)8次,。在最后一位(第8位)完成后，下一個(gè)8位字節(jié)又單獨(dú)和寄存器的當(dāng)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(shí),，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(yàn)碼
WORD wCrc=WORD(0xFFFF),；
for(int i=O；i
for(Intj=O；j<8,；J++){
if(wCrc＆1){
wCrc>>=l,；
wCrc^一OxA00l：
}
else{
wCrc>>=1；
retIlrIl wCrc：
ModBus包含ASCII和RTU兩種報(bào)文格式,。RTU報(bào)文較短,，但是沒(méi)有邊界定義;ASCII報(bào)文較長(zhǎng)，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(bào)文長(zhǎng)度較長(zhǎng)對(duì)通信的影響不大,，因此可以選擇ASCII報(bào)文格式進(jìn)行通信,。
ModBus的ASCII讀取請(qǐng)求報(bào)文格式如下：
ModBus 的 ASCII讀取請(qǐng)求報(bào)文格式如下：
假設(shè)主機(jī)地址01,，要對(duì)從機(jī)地址02進(jìn)行讀取247和248地址的兩個(gè)寄存器值的通信，并且本次通信為第1次通信,，設(shè)定流水號(hào)為000l,。
結(jié) 語(yǔ)
多處理器協(xié)作工作模式和通信協(xié)議，已經(jīng)成功應(yīng)于CNG加氣機(jī),，使系統(tǒng)信息交換更加迅速,、可靠，整個(gè)系統(tǒng)的性能得到了提高,。