Я уже десять лет не писал под AVR… А вдруг разучился?! Для проверки я решил портировать библиотеку ModBus Slave RTU/ASCII без смс и регистрации на платформу IAR AVR, а также, по просьбам читателей, показать демку подключения к панели оператора Weintek.
Для решения этой задачи в кустах обнаружился
Спаян шнурок для программатора AVReal.
В хламе найдена макетная плата с ATMega48. Фотография макетной платы на на первом рисунке.
Поехали!
Для портирования библиотеки «ModBus Slave RTU/ASCII без смс и регистрации» необходимо написать интерфейсы системного таймера и последовательного порта. У автора нездоровая привычка, писать низкоуровневый ввод/вывод для AVR на ассемблере. В нашем случае, я не буду отказывать себе в своих привычках.
#ifndef __SYSTIMER_H
#define __SYSTIMER_H
#ifdef __SYSTIMER_ASM
#define CLKSysTimer (8000000/64)
#else
#include "main.h"
//Инициализация
void InitSysClock(void);
//время от запуска в милисекундах
unsigned long Clock(void);
#endif
#endif
#define __SYSTIMER_ASM
#include <iom48.h>
#include "systimer.h"
MODULE __systimer
COMMON INTVEC
ORG TIMER0_COMPA_vect
rjmp tim0_comp
RSEG CODE
tim0_comp:
in r10,SREG
inc r11
add r12,r11
dec r11
adc r13,r11
adc r14,r11
adc r15,r11
out SREG,r10
reti
PUBLIC InitSysClock
InitSysClock:
cli
clr r11
clr r12
clr r13
clr r14
clr r15
push r16
ldi r16,(0<<COM0A1)|(0<<COM0A0)|(0<<COM0B1)|(0<<COM0B0)|(1<<WGM01)|(0<<WGM00)
out TCCR0A,r16
ldi r16,(0<<FOC0A)|(0<<FOC0B)|(0<<WGM02)|(3<<CS00)
out TCCR0B,r16
ldi r16,(CLKSysTimer/1000)
out OCR0A,r16
ldi r16,(0<<OCIE0B)|(1<<OCIE0A)|(0<<TOIE0)
sts TIMSK0,r16
pop r16
reti
PUBLIC Clock
Clock:
cli
movw r16,r12
movw r18,r14
reti
ENDMOD
END
В качестве системного таймера используется TIMER0. В прерывании по совпадению таймера (COMPA), происходящем каждую милисекунду, инкрементируется четырехбайтная переменная находящаяся в регистрах r12-r15. Эти регистры не поддерживают работу с константами, поэтому для инкремента приходится использовать регистр r11. Регистр r10 используется для сохранения регистра состояния процессора. Перечисленные регистры зарезервированы в настройках компилятора.
Значение переменной r12-r15, через атомарную операцию считывается функцией Clock(), необходимой для работы библиотеки ModBus Slave RTU/ASCII.
Частота прерываний таймера определяется константой CLKSysTimer в заголовочном файле. Значение константы — отношение тактовой частоты процессора к пределителю таймера.
Интерфейс последовательного порта.
#ifndef __UART_H
#define __UART_H
#ifdef __UART_ASM
#define CLK_Uart (8000000)
#define UartSpeed (19200)
#define FIFORX (32)
#define FIFOTX (64)
#else
#include "main.h"
void UartInit(void);
unsigned short Inkey16Uart(void);
void PutUart(unsigned char a);
#endif
#endif
#define __UART_ASM
#include <iom48.h>
#include "uart.h"
MODULE __uartrxtx
RSEG NEAR_Z
rxfifo: //Буфер FIFO
DS FIFORX
rxHead://голова, пишем на голову
DS 1
rxTail://хвост, читаем с хвоста
DS 1
txfifo://Буфер FIFO
DS FIFOTX
txHead://голова, пишем на голову
DS 1
txTail://хвост, читаем с хвоста и в UART
DS 1
COMMON INTVEC
ORG USART_RX_vect
rjmp uart_rx
ORG USART_TX_vect
rjmp uart_tx
RSEG CODE
//void UartInit(void);
PUBLIC UartInit
UartInit:
sbi PORTD,0
cli
push r16
//обнуление указателей
clr r16
sts rxHead,r16
sts rxTail,r16
sts txHead,r16
sts txTail,r16
//Скорость передачи
ldi r16,LOW((CLK_Uart/8+UartSpeed/2)/UartSpeed-1)
sts UBRR0L,r16
ldi r16,HIGH((CLK_Uart/8+UartSpeed/2)/UartSpeed-1)
sts UBRR0H,r16
//Enable receiver and transmitter, разрешение прерываний
ldi r16,(1<<RXEN0)|(1<<TXEN0)|(1<<RXCIE0)|(1<<TXCIE0)
sts UCSR0B,r16
//Set frame format: 8data, 1stop bit, Parity No
ldi r16, (0<<UMSEL00)|(0<<UPM00)|(0<<USBS0)|(3<<UCSZ00)
sts UCSR0C,r16
//сброс флагов прерываний UART
lds r16,UCSR0A
ori r16,(1<<TXC0)|(1<<U2X0)
sts UCSR0A,r16
lds r16,UDR0
pop r16
reti
//Обработчик прерывания по приему
uart_rx:
push r16
in r16,SREG
push r16
push XL
push XH
//UART->FIFO
lds r16,rxHead
ldi XL,LOW(rxfifo)
ldi XH,HIGH(rxfifo)
add XL,r16
adc XH,r16
sub XH,r16
inc r16
andi r16,(FIFORX-1)
sts rxHead,r16
lds r16,UDR0
st X,r16
pop XH
pop XL
pop r16
out SREG,r16
pop r16
reti
//unsigned short Inkey16Uart(void);
//Если нет данных возвращает 0х0000, иначе возвращает 0х01ХХ
PUBLIC Inkey16Uart
Inkey16Uart:
lds R17,rxHead
lds r16,rxTail
cp r16,r17
breq Inkey16Uart1
//читаем данные из FIFO
push XL
push XH
ldi XL,LOW(rxfifo)
ldi XH,HIGH(rxfifo)
add XL,r16
adc XH,r16
sub XH,r16
inc r16
andi r16,(FIFORX-1)
sts rxTail,r16
ld r16,X
pop XH
pop XL
ldi r17,1
ret
Inkey16Uart1:
clr r16
clr r17
ret
//обработчик прерывания по передаче
uart_tx:
push r16
in r16,SREG
push r16
push r17
//проверяем наличие данных в буфере
lds r17,txHead
lds r16,txTail
cp r16,r17
brne uart_tx2
rjmp uart_tx_end
uart_tx2://если данные есть - передаем
push XL
push XH
ldi XL,LOW(txfifo)
ldi XH,HIGH(txfifo)
add XL,r16
adc XH,r16
sub XH,r16
inc r16
andi r16,(FIFOTX-1)
sts txTail,r16
ld r16,X
sts UDR0,r16
pop XH
pop XL
uart_tx_end:
pop r17
pop r16
out SREG,r16
pop r16
reti
//void PutUart(char a);
PUBLIC PutUart
PutUart:
push XL
push XH
//проверяем наличие данных в буфере
lds XH,txHead
lds XL,txTail
cp XH,XL
brne PutUart1
//проверякм регистр передачи
lds XL,UCSR0A
sbrs XL,UDRE0
rjmp PutUart1
sts UDR0,r16
pop XH
pop XL
ret
PutUart1://положить в txfifo[]
push r16
mov r16,XH
ldi XL,LOW(txfifo)
ldi XH,HIGH(txfifo)
add XL,r16
adc XH,r16
sub XH,r16
inc r16
andi r16,(FIFOTX-1)
sts txHead,r16
pop r16
st X,r16
pop XH
pop XL
ret
ENDMOD
END
Интерфейс последовательного порта реализован по классической схеме. Как на прием, так и на передачу реализован тип данных — очередь на кольцевом буфере. Размер буфера приема и передачи определяется константами FIFORX, FIFOTX соответственно. В целях экономии вычислительных ресурсов процессора, размер буферов приема и передачи должен быть кратен 2^N (2,4,8,16,32...), но не больше 256.
Скорость приема/передачи последовательного порта определяется константой UartSpeed. При тактовой частоте микроконтроллера (определяется константой CLK_Uart) 8МГц, то есть, при использовании внутреннего RC-генератора нет возможности использовать высокие скорости передачи.
При попытке скомпилировать файл библиотеки modbus.c, IAR заругался страшными словами. Компилятор IAR AVR не умеет много чего из стандарта С99. Он также не умеет, при использовании модификатора const, размещать объекты в памяти программ, для этого служит специальный модификатор __flash. Пришлось потратить несколько минут для приведения кода в соответствие требованиям компилятора.
В файле библиотеки modbus.h необходимо определить макросы вызова функций последовательного интерфейса и системного таймера.
//Системный таймер, инкрементируется каждую милисекунду
#define ModBusSysTimer Clock()
//Запись байта в поток последовательного порта - void ModBusPUT(unsigned char A)
#define ModBusPUT(A) PutUart(A)
//Чтение байта из потока последовательного порта, - unsigned short ModBusGET(void)
//Если нет данных возвращает 0х0000, иначе возвращает 0х01ХХ
#define ModBusGET() Inkey16Uart()
А также определить количество дискретных входов/выходов, регистров для чтения и регистров для чтения/записи. На этом портирование библиотеки можно считать законченным.
Демка
Для демонстрации возможностей библиотеки ModBus Slave RTU/ASCII подключим наше устройство к панели оператора Weintek. В микроконтроллере организованы часы, значения часов, минут секунд выводятся в регистры Modbus, код содержится в файле ModBus2Prg.c:
void Prg2ModBusOutReg(void)
{//заполнение регистров 4Х регистры для чтения/записи
ModBusOutReg[0]=Seconds;
ModBusOutReg[1]=Minutes;
ModBusOutReg[2]=Hours;
return;
}
void Prg2ModBusInReg(void)
{//заполнение регистов 3Х регистры для чтения
ModBusInReg[0]=Seconds;
ModBusInReg[1]=Minutes;
ModBusInReg[2]=Hours;
return;
}
Через регистры чтения/записи можно произвести установку часов:
void ModBus2PrgOutReg(void)
{//чтение регистров 4Х регистры для чтения/записи
Seconds=ModBusOutReg[0];
Minutes=ModBusOutReg[1];
Hours=ModBusOutReg[2];
return;
}
Дискретные входы/выходы Modbus подключены к портам вывода микроконтроллера. Так же к дискретному входу 4 подключен счетчик полусекунд:
void Prg2ModBusOutBit(void)
{//заполнение регистров дискретных выходов
ModBusOutBit[0].bit0=PORTC_Bit1;
ModBusOutBit[0].bit1=PORTC_Bit2;
ModBusOutBit[0].bit2=PORTC_Bit3;
ModBusOutBit[0].bit3=PORTC_Bit4;
return;
}
void Prg2ModBusInBit(void)
{//заполнение регистров дискретных входов
ModBusInBit[0].bit0=PORTC_Bit1;
ModBusInBit[0].bit1=PORTC_Bit2;
ModBusInBit[0].bit2=PORTC_Bit3;
ModBusInBit[0].bit3=PORTC_Bit4;
ModBusInBit[0].bit4=PoluSeconds;
return;
}
Через дискретные выходы можно управлять состоянием портов микроконтроллера:
void ModBus2PrgOutBit(void)
{//чтение регистров дискретных выходов
PORTC_Bit1=ModBusOutBit[0].bit0;
PORTC_Bit2=ModBusOutBit[0].bit1;
PORTC_Bit3=ModBusOutBit[0].bit2;
PORTC_Bit4=ModBusOutBit[0].bit3;
return;
}
Программное обеспечение панели разрабатывается в среде EasyBuilder Pro v5.
Подключаем микроконтроллер через USB преобразователь к компьютеру, указываем в настройках проекта панели протокол обмена Modbud RTU и настройки COM-порта через который произошло подключение. Запускаем онлайн симуляцию панели.
Код демки с использованием библиотеки ModBus Slave RTU/ASCII со всеми опциями, после компиляции IAR AVR v3 с оптимизацией по скорости оказался на удивление компактным. Он занимает 3024 байта памяти программ, 398 байт памяти данных. Искренне надеюсь, что библиотека ModBus Slave RTU/ASCII найдет широкое применение для разработки Modbus устройств на маломощных микроконтроллерах.
Проект на GitHub
Видео демки
UPD. Сделал тесты производительности
Слева время выполнения функции ModBusRTU() в машинных циклах. Сравнительные тесты производительности будут в отдельной публикации.
drWhy
Плата челябинская, внушает. ThinkPad был похожий, живучая машинка.
IBAH_II Автор
Плате лет 12-13. Ноуту 16. Раньше на совесть делали :)