Привет!
Попробую вкратце описать прошивку, которую нужно было сделать в краткие сроки и без использования RTOS (что в итоге дало свои багованные особенности, но об это по порядку ;) ).
Была задача сделать Modbus Master, чтобы можно было с программки на ПК опрашивать Slave устройства на шине RS-485 по протоколу Modbus, да еще и на российском АРМ-е К1986ВЕ92QI, благо, уже имел дело с этим МК, почему бы и нет, дело-то простое должно быть!
Первоначально сделал на основе примера USB — COM порт, подукрасив его и сделав тестовое ПО на ПК в виде мастера Modbus. МК в этом случае просто выполнял роль преобразователя интерфейсов и в ОС был виден в качестве обычного, настраиваемого COM-порта. Единственное, с чем повозился — это линия переключения для приёма\передачи RTS, её пришлось делать софтварно. В общем, всё даже работало, но были минусы:
- Нужен подписанный драйвер для устройства, а его Миландр не предоставляет! Есть только пример исходников, что означает, что на х64 системах имеем проблемы с установкой (можно, конечно, поменять PID\VID, как в официальном драйвере от STM, НО устройство-то будет определяться не как Миландровское, что было тоже важно).
- Нужно постоянно опрашивать из софтины на ПК все подряд Slave-устройства, а задача требовала для некоторых Slave как можно более частый опрос. Проще это делать на более низком уровне, а при необходимости забирания актуальных данных их запрашивать (вот тут уже начались отголоски того, что сказали делать без использования RTOS…).
- Исходя из первого пункта на некоторых ПК были проблемы с определением устройства или его установкой (хотя даже с USB HID не всё разрешилось, видимо, есть косяки в драйвере USB периферии).
В общем, т.к. уже имел дело на STM32 с USB, то было решено сделать USB HID, совмещенный с Modbus Master, последний, в свою очередь, просто по циклу должен опрашивать Slave устройства и складывать данные в локальный буфер. А по запросу с ПК выдаем необходимые данные в Feature Report и при необходимости записи в Slave устройства посредством Output Report записываем данные в них.
Вкратце о железе, подключение RS-485 максимально простое:
Контроллер практически голый, только обязательно кварц 8 мГц подключить необходимо (не показан), иначе не то, что USB, даже UART на нужной скорости не заработает! Разброс внутреннего генератора 8 мГц, как я помню, от 6 до 10 мГц, и всё это от погоды зависит сильно!
USB и стабилизатор +3.3В даже показывать смысла нет — USB подключается к линиям USB_P \ USB_N через 22 Ом, ну а стабилизатор питает МК от +5В линии USB (про блокировочные конденсаторы 0,1 мкФ по питанию МК думаю Вы знаете ;) ).
Прошивки для МК пишу в Keil uVision5 (на момент разработки прошивки пользовался версией 5.15 и потом 5.17), попробовал сейчас поставить свой пак для Миландровских АРМ-ов на 5.20 — как итог, он распаковывается, но выдает ошибку компиляции SVD-файлов. Вроде бы это не страшно, проект компилируется. Если же есть проблемы — то попробуйте версии помладше.
Собственно, пак с правками для более удобной работы с USB-периферией — Milandr.MDR1986BExx.1.4.0U.pack
Довольно долго вникал в примеры, что есть на форуме Миландра, насколько я помню, в итоге остановился на выложенном от R_Max проекте. Но и там не всё работало, после переписки с поддержкой Миландра в итоге всё получилось. На форуме также выложил результат ТУТ. Более ранние сообщения и вообще какие-либо примеры, насколько я помню, в основном были в Этой теме форума (если вдруг понадобится). К слову. Этот же пример успешно работает и на К1986ВЕ1QI — проверено на собственной отладочной плате! (да, может нужно написать заметку с открытым проектом в Альтиуме об этом МК? :) Если интересно — пишите в комментариях! Напишем статью тогда).
В общем, после всех разбирательств и правок USB HID часть таки заработала вполне стабильно и скорость удовлетворяла потребности. Вкратце ниже опишу важные места этой части для правок под свой проект.
Всё, конечно же, начинается с названия! :) В файле usbdesc.c меняем PID, VID, имя производителя и имя устройства на свои:
/* USB Standard Device Descriptor */
const U8 USB_DeviceDescriptor[] = {
// ............
WBVAL(0xC251), /* idVendor */
WBVAL(0x1C01), /* idProduct */
// ............
};
// ....................................................................... //
/* USB String Descriptor (optional) */
const U8 USB_StringDescriptor[] = {
// .............
/* Index 0x01: Manufacturer */
(8*2 + 2), /* bLength (8 Char + Type + lenght) */
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType */
'A',0,
'_',0,
'D',0,
' ',0,
'E',0,
'l',0,
'e',0,
'c',0,
't',0,
'r',0,
'o',0,
'n',0,
'i',0,
'c',0,
's',0,
/* Index 0x02: Product */
(16*2 + 2), /* bLength (16 Char + Type + lenght) */
USB_STRING_DESCRIPTOR_TYPE, /* bDescriptorType */
'U',0,
'S',0,
'B',0,
'-',0,
'H',0,
'I',0,
'D',0,
' ',0,
'M',0,
'o',0,
'd',0,
'b',0,
'u',0,
's',0,
'-',0,
'M',0,
// ...............
};
Далее более неизведанная часть для меня — Modbus Master для МК. Если на ПК он давно уже реализован в виде библиотеки и работает прекрасно, то на МК примеров как то совсем нет… ну нашел 2 на тот момент времени… вот что я нашел:
- FreeModbus_Slave-Master-RTT-STM32 — проект от китайского товарища, сделан добротно, всё бы хорошо, но он под китайскую же RTOS — RTT (насколько я разобрался). Мне этот вариант не очень подходил… я списался с разработчиком, мол, как мне можно переделать его не под RTOS использование, на удивление разработчик ответил быстро и посоветовал второй вариант, подглядеть что и как переделать;
- Freemodbus-master-F401 — проект уже не такой добротный и заточен под HAL, но в итоге благодаря ему получилось подкрутить первый с минимальными изменениями (насколько я уже помню, проблема была в основном с событиями — файл portevent_m.c ).
В итоге запись и чтение в Slave-устройства заработали, но вылезла проблема с определением ошибки записи или чтения в Slave-устройство, которого нет на линии — мастеру на это всё равно, он просто ожидает таймаут и ничего не говорит — мол, всё ОК прошло :) Для серьезного применения и стабильной работы таки НЕОБХОДИМО всё делать с применением RTOS. Для теста же можно и так использовать.
Вкратце опишу настройки и интересные места в этой части, которые нужно подстраивать под свой проект:
Из общих настроек — что бы была видна активность интерфейсов, определяем, где есть светодиоды в main.h :
#define LED_PORT MDR_PORTA #define LED_RS_PIN PORT_Pin_0 #define LED_USB_PIN PORT_Pin_1
Также там же выбираем скорость порта RS-485 :
#define UART_BAUD_RATE 128000
Но с этим есть проблема! В Миландровских МК нет прерывания по опустошению буфера, вследствие чего пришлось реализовывать костыль, чтобы вызывать функцию pxMBMasterFrameCBTransmitterEmpty(); Modbus по опустошению буфера. Костыль заключается в следующем (определён в файле portserial_m.c ): вызываем по срабатыванию 1\8 заполненности буфера передачи с таймаутом, тупо, но работает (буду благодарен, если подскажете решение лучше и правильнее):
// 1\8 full of transmitter
volatile uint8_t DMA_TIM = 0x80;
void DMA_IRQHandler(void)
{
if(DMA_TIM) DMA_TIM--;
else
{
DMA_TIM=0x80;
pxMBMasterFrameCBTransmitterEmpty();
}
}
Также стоит обратить внимание на функцию инициализации xMBMasterPortSerialInit в файле portserial_m.c — там есть 2 предупреждения о нереализованных вещах:
BOOL xMBMasterPortSerialInit( UCHAR ucPORT, ULONG ulBaudRate, UCHAR ucDataBits, eMBParity eParity )
{
static UART_InitTypeDef UART_InitStructure;
static PORT_InitTypeDef PortInitStructure;
// UART1_RTS Software
PortInitStructure.PORT_PULL_UP = PORT_PULL_UP_OFF;
PortInitStructure.PORT_PULL_DOWN = PORT_PULL_DOWN_OFF;
PortInitStructure.PORT_FUNC = PORT_FUNC_PORT;
PortInitStructure.PORT_MODE = PORT_MODE_DIGITAL;
PortInitStructure.PORT_SPEED = PORT_SPEED_MAXFAST;
PortInitStructure.PORT_MODE = PORT_MODE_DIGITAL;
PortInitStructure.PORT_OE = PORT_OE_OUT;
PortInitStructure.PORT_Pin = RTS_PIN;
PortInitStructure.PORT_FUNC = PORT_FUNC_PORT;
PORT_Init(MDR_PORTB, &PortInitStructure);
// UART1_TX
PortInitStructure.PORT_FUNC = PORT_FUNC_ALTER;
PortInitStructure.PORT_PD_SHM = PORT_PD_SHM_OFF;
PortInitStructure.PORT_PD = PORT_PD_DRIVER;
PortInitStructure.PORT_GFEN = PORT_GFEN_OFF;
PortInitStructure.PORT_Pin = PORT_Pin_5;
PORT_Init(MDR_PORTB, &PortInitStructure);
// UART1_RX
PortInitStructure.PORT_OE = PORT_OE_IN;
PortInitStructure.PORT_Pin = PORT_Pin_6;
PORT_Init(MDR_PORTB, &PortInitStructure);
// UART Init
RST_CLK_PCLKcmd(RST_CLK_PCLK_UART1, ENABLE);
UART_BRGInit(MDR_UART1, UART_HCLKdiv1);
NVIC_EnableIRQ(UART1_IRQn);
// Initialize UART_InitStructure
UART_InitStructure.UART_BaudRate = ulBaudRate;
if(ucDataBits == 8)
{
UART_InitStructure.UART_WordLength = UART_WordLength8b;
}
else
{
#warning Donot Support ucDataBits < 8 !
UART_InitStructure.UART_WordLength = UART_WordLength8b;
}
UART_InitStructure.UART_StopBits = UART_StopBits1;
if(eParity == MB_PAR_NONE)
{
UART_InitStructure.UART_Parity = UART_Parity_No;
}
else if(eParity == MB_PAR_ODD)
{
UART_InitStructure.UART_Parity = UART_Parity_Odd;
}
else if(eParity == MB_PAR_EVEN)
{
UART_InitStructure.UART_Parity = UART_Parity_Even;
}
UART_InitStructure.UART_FIFOMode = UART_FIFO_OFF;
UART_InitStructure.UART_HardwareFlowControl = UART_HardwareFlowControl_RXE | UART_HardwareFlowControl_TXE;
#warning Don't Support ucPORT parametr, always only MDR_UART1
// Configure UART1 parameters
UART_Init (MDR_UART1,&UART_InitStructure);
// Enables UART1 peripheral
UART_Cmd(MDR_UART1,ENABLE);
UART_DMACmd(MDR_UART1,UART_DMA_TXE,ENABLE);
PORT_ResetBits(MDR_PORTB, RTS_PIN); // RTS
return TRUE;
}
Для добавления поддержки выбора порта также необходимо или установить стандартные выходы для UART захардкоденными или дополнительно еще сделать выбор — какой пак выводов использовать для выбранного UART (стандартный или альтернативный). Если с UARTx_RTS всё просто и можно использовать абсолютно любой пин (не требуется поддержка спец.периферии), то с UARTx_RX \ UARTx_TX придётся заморочиться. У меня проект был под конкретную плату, поэтому поддержки этого я не реализовывал.
Функции, которые обслуживают буфера регистров мастера, лежат в файле user_mb_app_m.c.
Настройки регистров (их размер и начальный адрес) располагаются в файле user_mb_app.h .
И напоследок, в качестве примера взаимодействия USB HID части и Modbus Master’a в файле main.c оставлен кусок кода, показывающий простой пример. Вначале определяем для конкретных типов Report’ов, приходящих от ПО на ПК, что мы будем делать.
Input Report — это односторонние пакеты от устройства в ПК. Не используется. Можно сделать автоматическое их посылание без запроса от ПК (как это сделано в примере Keil\ARM\Utilities\HID_Client) через равные промежутки времени, но в этом примере не используется.
void GetInReport(void)
{
// InReport[0]++;
}
Output Report — это односторонние пакеты от ПК в устройство. Используется для команд и настроек.
void SetOutReport(void)
{
if(OutReport[0] == 0x81) // в первом байте проверяем условный номер команды
{
// записываем новые данные в буфер мастера
usModbusUserData[0] = (uint16_t)(OutReport[2] + (OutReport[1] << 8));
usModbusUserData[1] = (uint16_t)(OutReport[4] + (OutReport[3] << 8));
usModbusUserData[2] = OutReport[5];
usModbusUserData[3] = OutReport[6];
// выставляем флаг, означающий, что необходима запись в Slave устройство
xtNeedWrite = TRUE;
}
// моргнем светодиодом :)
Led_Blink(LED_USB);
}
Feature Report — это двусторонние пакеты от ПК в устройство и обратно. Используется для запроса конкретных данных или команд с подтверждением. Обработка этого типа Report’а состоит из двух функций — приёмной и передающей, вызывающимися по очереди.
// Приёмная часть - эта функция вызывается первой и в ней мы можем задать\узнать номер команды
// а так же произвести запись каких либо параметров или настроек
void SetFeatureReport(void)
{
// тут мы получаем условный ID запроса
RequestDataID = (uint8_t)FeatureReport[0];
if(RequestDataID == 0x81) // это была условная команда записи настроек?
{
if(usbNextWrite == TRUE) // для теста реализована запись через раз
{
usModbusUserData[0] = (uint16_t)(FeatureReport[2] + (FeatureReport[1] << 8));
usModbusUserData[1] = (uint16_t)(FeatureReport[4] + (FeatureReport[3] << 8));
usModbusUserData[2] = FeatureReport[5];
usModbusUserData[3] = FeatureReport[6];
// выставляем флаг, означающий, что необходима запись в Slave устройство
xtNeedWrite = TRUE;
// выставляем флаг, означающий, что следующая команда не будет воспринята
usbNextWrite = FALSE;
}
else
{
usbNextWrite = TRUE;
}
}
Led_Blink(LED_USB);
}
// Передающая часть - эта функция вызывается перед отправкой на ПК и в ней мы наполняем Report
// так же здесь можно видеть по условной команде из первой части, что же у нас запросили...
void GetFeatureReport(void)
{
if(RequestDataID == 1)
{
FeatureReport[0] = RequestDataID;
FeatureReport[1] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][1] & 0xFF);
FeatureReport[2] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][2] & 0xFF);
FeatureReport[3] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][3] & 0xFF);
FeatureReport[4] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][4] & 0xFF);
FeatureReport[5] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][5] & 0xFF);
FeatureReport[6] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][6] & 0xFF);
FeatureReport[7] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][7] & 0xFF);
}
else if((RequestDataID > 1) && (RequestDataID < 6)) { FeatureReport[0] = RequestDataID; FeatureReport[1] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][1] & 0xFF); FeatureReport[2] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][2] & 0xFF); FeatureReport[3] = 0; FeatureReport[4] = 0; FeatureReport[5] = 0; FeatureReport[6] = 0; FeatureReport[7] = 0; } else if((RequestDataID > 5) && (RequestDataID < 16)) { FeatureReport[0] = RequestDataID; FeatureReport[1] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][1] >> 8);
FeatureReport[2] = (uint8_t)(usMRegInBuf[RequestDataID-1][1] & 0xFF);
FeatureReport[3] = 0;
FeatureReport[4] = 0;
FeatureReport[5] = 0;
FeatureReport[6] = 0;
FeatureReport[7] = 0;
}
}
Вот и всё :) В скором времени приведу пример библиотеки для работы с USB HID устройствами на C# и WPF.
Все ссылки для скачивания:
- Пак для Миландровских МК — Milandr.MDR1986BExx.1.4.0U.pack (более новые, но без правок можно найти на сайте Миландра)
- Пример прошивки USB HID + Modbus Master (non RTOS) — Скачать тут.
Если будут предложения по оптимизации или хотите сообщить о найденной ошибке — пишите, буду рад!
UPD1 (2017.01.09):
Проблема с определением устройства после загрузки ОС (если устройство было подключено к ПК заранее) или после перезагрузки ОС решается следующим образом — необходимо изменить функцию USB_ResetIRQ(void) в файле usbhw_MDR32F9x.c следующим образом:
void USB_ResetIRQ(void)
{
// Double Buffering is not yet supported
MDR_USB->SIS=0x1F; //Clear Interrupt Status
MDR_USB->SIM=RESET_IE | TDONE_IE | (USB_SOF_EVENT ? SOF_IE : 0); //Enable interrupts
//Setup Control Endpoint 0
MDR_USB->USB_SEP_FIFO[0].RXFC=1; //Clear RX FIFO EndPoint 0
MDR_USB->USB_SEP_FIFO[0].TXFDC=1; //Clear TX FIFO EndPoint 0
MDR_USB->USB_SEP[0].CTRL=EP_EN | EP_RDY; //Enable Endpoint 0, go to endpoint redy state
USB_DeviceContext.Address = 0;
USB_SetSA(USB_DeviceContext.Address);
}
Добавились последние две строки в функции — это разрешает работу оконечной точки 0.
