还是一个FreeRTOS的例子,这次不是裸机工程转的,没有大部分复制的代码,
所以会把步骤会记录详细一点,这应该也是博文中 FreeRTOS 最后一个例子了
平台: STM32L051C8T6
欧姆龙 D6T 红外测温传感器 I2C 协议
设备作为485从机
复制代码
本产品的功能就是通过红外测温传感器定时测量温度保存,设备通过 RS484 接口,使用 ModbusRTU 协议进行传输,设备作为从机接收主机的查询上报温度等其他数据。
具体的理论分析请参考博文 :
MODBUS RTU 485 协议简要说明
https://xie.infoq.cn/article/7182be04d184833568593c948
一、STM32CubeMX 创建工程
第一步创建工程,这个以前博文中就提到过很多次了,实在不会去看一下我
FreeRTOS 记录(九、一个裸机工程转 FreeRTOS 的实例)
https://xie.infoq.cn/article/986ddd2a8b6a45960b9ceae14
中的说明,里面的 2.1 基本框架搭建 有所有相关的博文地址。
这里我就简单放一个步骤,说明一下我的基本设置:
1.1 芯片基本设置
GPIO 口,按键,LED,一个 I2C 传感器;
系统时钟源,使用外部高速时钟:
基础时钟源和调试方式,不勾选 Debug Serial Wire 烧录一次就会锁死,不能正常烧录,需要手动操作:
系统时钟频率,使用的 STM32L051 ,最大支持 32MHz,这里就选 32MHz:
定时器设置,根据自己的使用习惯,两个定时器,一个定时器做基本逻辑时间管理,一个用于按键驱动的定时器:
串口设置,2 个串口,一个用于打印的调试串口 1,一个用于 485 通讯的串口:
1.2 FreeRTOS 基本设置
任务和消息队列的创建,要考虑到设备的主要功能有哪些,传感器读取,485 通讯,按键用来做一些观察测试(按键其实可以不用,但是考虑也可以通过按键来设置 485 的地址,这个想法再看):
打开任务运行情况查询功能,确保实施观察任务运行状态,这个东西熟悉了以后或者等系统稳定以后可以去掉:
然后就可以生成代码了,用什么环境选什么,我用的是 gcc 环境,这里选用的是 Makefile ,这里最后我还有个小操作,把堆空间改小了一点:
二、基本框架代码添加
2.1 一些习惯的 typedef 和 宏定义
根据个人习惯,把数据类型的名称命名头文件加入工程,在main.h
文件中包含,这样在写代码的时候一些就可以根据个人习惯使用数据类型了:
接下来对 LED 灯,和 I2C 引脚进行需要的宏定义:
2.2 各外设相关代码
2.2.1 定时器(逻辑处理和按键驱动计时)
定义两个全局变量,分别计算 定时器 2 和 定时器 21 的次数:
对于定时器 21,直接计数就可以,后面在按键驱动中使用Timer21_count
的值:
对于定时器 2,在stm32l0xx_it.c
文件中,进入定时器中断就处理,因为这里可能需要在中断中发送 FreeRTOS 任务通知或者消息等:
2.2.2 串口(调试串口和 485 通讯串口)
首先打印串口使用 USART1,printf 重定义,然后就能直接使用 printf 了:
接下来 485 通讯串口 USRAT2,我们需要使用 FreeRTOS 消息队列来发送通讯消息,需要在中断处理函数中操作:
上面是把串口接收到的消息放入消息队列,我们在 freertos.c
文件中,把对应的接收消息队列的部分框架搭建好,同时自己要建立一个缓存用来保存消息队列的数据:
在StartModbusTask
任务中:
完成上面的框架,别忘了打开串口接收中断,但是要注意,因为使用了消息队列接收,打开中断需要等 FreeRTOS 初始化完了以后,否者会出现问题!
如下图,我们在MX_FREERTOS_Init
函数中结尾处,打开串口 2 接收中断:
2.2.3 按键
按键的话,我还是使用以前的那个驱动代码,就直接复制过来,修改一下定时器源:
几个实用的按键驱动https://xie.infoq.cn/article/e6bc8e57f11b929430823c5c3
增加了.c 文件记得在 Makefile 中也添加一下:
三、各外设函数代码
3.1 485 从机驱动(ModbusRTU 协议)
先把 CRC16 校验的文件包含进来,这个在我上一篇文章《MODBUS RTU 485 协议简要说明》中有:
然后写一下命令处理函数:
最后实现一下Modbus_03_ack
函数。
3.1.1 寄存器地址的疑问
在写驱动代码的时候,忽然想到一个问题,寄存器地址该如何定义?
假如我们就从 0x0000 开始,然后依次+1 的定义寄存器,通过一个数组 test[n]
是可以一一对应的,这个没问题。
但是看各厂家有些设备,地址不是连续的,而且有小的有大的,比如:
上面这种情况总不能定义一个这么大的数组 test[0x0101]
(后续补充说明后来想想这个好像也不大,257,作为一款产品,肯定是厂家会保证产品地址在一定的范围内,然后可以用一个数组顺序对应寄存器地址,即便有多个通道,也是会用不同的数组表示,在一定的范围内可以离散,但是差距太大的话就得分不同数组)
当然,即使这样,我们依旧可以按照如下对应:
但是问题是,看到设备的说明里面,从地址 0000H 开始读取数据,读取 7 个长度的数据,0001H 到 0006H 的数据都会返回 0,这样子的话,单单用一个数组就不好处理了:
暂时想不出来 一个数组如何才能知道 他是否是连续的寄存器地址呢?不确定是不是还有其他的设定?(答案应该是上面红色部分)
当然,我考虑过使用 结构体,因为结构体的话,可以先针对的判断寄存器的 ID,然后再处理数据,比如:
但是使用结构体数据处理相对来说 就没有数组那么简单,其实最主要的,关键还是在于产品定义的寄存区是否连续,如果连续的话,处理起来都没问题。
所以目前这个示例我还是把地址设置为连续的,通过一个数组,人为的定义好对应关系。
这里就直接上源码,把Modbus_rtu.c
的源码都放上来:
#include "Modbus_rtu.h"
#include "stdio.h"
void Modbus_check()
{
u16 crc;
u16 receivecrc1;
u16 receivecrc2;
u8 sendbuff[5];
crc = Checksum_CRC16(USART2_BUF,USART2_Data - 2);
printf("crc is :0x%x\r\n",crc);
/*No matter the high bits before or the low bits before*/
receivecrc1 = (USART2_BUF[USART2_Data - 2]<<8) + USART2_BUF[USART2_Data - 1];
receivecrc2 = (USART2_BUF[USART2_Data - 1]<<8) + USART2_BUF[USART2_Data - 2];
// if((lrc == receivelrc2)||(lrc == receivelrc1)){
// if(USART2_BUF[0] == mymodbus_add){
//这里说明一下,先判断地址,然后返回错误,如果先判断校验,如果出错了,那么总线上所有都同时返回就有问题了
if(USART2_BUF[0] == mymodbus_add){
if((crc == receivecrc2)||(crc == receivecrc1)){
switch (USART2_BUF[1]){
case 3:
Modbus_03_ack();
break;
case 6:
Modbus_06_ack();
break;
default:
printf("An unsupported command!\r\n");//for test
break;
}
}
else{ //校验错误,返回异常
sendbuff[0] = mymodbus_add;
sendbuff[1] = 0x80 | USART2_BUF[1];
sendbuff[2] = 0;
crc = Checksum_CRC16(sendbuff,3);
sendbuff[3] = (u8)(crc >> 8);
sendbuff[4] = (u8)crc;
Uart2_sendBuffer(sendbuff,5);
}
}
}
void Modbus_03_ack(){
u16 Register_add; // 2,3
u16 Register_len; // 4,5
u16 crc;
u8 i;
u8 j;
Register_add = (USART2_BUF[2]<<8) + USART2_BUF[3]; //get add;
Register_len = (USART2_BUF[4]<<8) + USART2_BUF[5]; //get len;
u8 sendbuff[Register_len*2 + 5];
/*
如果读取的地址写错了,或者读取长度超过规定的长度
返回错误
*/
if(( 0x0010 <= Register_add)&&( Register_add <= 0x0014 )&&(Register_len < 6)){
i = 0;
sendbuff[i++] = mymodbus_add;
sendbuff[i++] = 0x03;
sendbuff[i++] = Register_len<<1;
switch(Register_add){
case 0x0010:
for(j=0;j<Register_len;j++){
sendbuff[i++]= (u8)(Register_value[0+j]>>8); //发送读取数据字节数的高位
sendbuff[i++]= (u8)Register_value[0+j]; //发送读取数据字节数的低位
}
break;
case 0x0011:
for(j=0;j<Register_len;j++){
sendbuff[i++]= (u8)(Register_value[1+j]>>8);
sendbuff[i++]= (u8)Register_value[1+j];
}
break;
case 0x0012:
for(j=0;j<Register_len;j++){
sendbuff[i++]= (u8)(Register_value[2+j]>>8);
sendbuff[i++]= (u8)Register_value[2+j];
}
break;
case 0x0013:
for(j=0;j<Register_len;j++){
sendbuff[i++]= (u8)(Register_value[3+j]>>8);
sendbuff[i++]= (u8)Register_value[3+j];
}
break;
case 0x0014:
for(j=0;j<Register_len;j++){
sendbuff[i++]= (u8)(Register_value[4+j]>>8);
sendbuff[i++]= (u8)Register_value[4+j];
}
break;
default:break;
}
crc = Checksum_CRC16(sendbuff,i);
sendbuff[i++] = (u8)(crc >> 8);
sendbuff[i++] = (u8)crc;
Uart2_sendBuffer(sendbuff,i);
}
else{//地址不在规定返回或者长度太长,返回错误
sendbuff[0] = mymodbus_add;
sendbuff[1] = 0x80 | USART2_BUF[1];
sendbuff[2] = 0;
crc = Checksum_CRC16(sendbuff,3);
sendbuff[3] = (u8)(crc >> 8);
sendbuff[4] = (u8)crc;
Uart2_sendBuffer(sendbuff,5);
}
}
void Modbus_06_ack(){
}
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3.1.2 485 驱动测试
485 接收部分驱动完成,这里需要测试一下,测试过程确实发现了问题,但是都是小问题,整体框架逻辑是正常的,在处理校验位的时候,数据位数处理有点大意了(上面贴出的程序是已经修改过的):
把第一个寄存器设置一个值:
测试结果,一切正常:
测完了还是把 06 写单个寄存器的函数给补充一下,目前只开放一个数据,就是设备 ID 的写入,直接上代码:
void Modbus_06_ack(){
u16 Register_add; //
u16 val; //
u16 crc;
u8 i;
u8 sendbuff[8] = {0};
if(USART2_Data < 9){
Register_add = (USART2_BUF[2]<<8) + USART2_BUF[3]; //get add;
val = (USART2_BUF[4]<<8) + USART2_BUF[5]; //
if(Register_add == 0x0013){
mymodbus_add = val;
Register_value[3] = mymodbus_add;
i = 0;
sendbuff[i++] = mymodbus_add;
sendbuff[i++] = 0x06;
sendbuff[i++] = (u8)(Register_add>>8);
sendbuff[i++] = (u8)Register_add;
sendbuff[i++] = (u8)(val>>8);
sendbuff[i++] = (u8)val;
crc = Checksum_CRC16(sendbuff,i);
sendbuff[i++] = (u8)(crc >> 8);
sendbuff[i++] = (u8)crc;
Uart2_sendBuffer(sendbuff,i);
}
else{//写地址不在规定范围
sendbuff[0] = mymodbus_add;
sendbuff[1] = 0x80 | USART2_BUF[1];
sendbuff[2] = 3;
crc = Checksum_CRC16(sendbuff,3);
sendbuff[3] = (u8)(crc >> 8);
sendbuff[4] = (u8)crc;
Uart2_sendBuffer(sendbuff,5);
}
}
else{//写地址不在规定范围
sendbuff[0] = mymodbus_add;
sendbuff[1] = 0x80 | USART2_BUF[1];
sendbuff[2] = 1;
crc = Checksum_CRC16(sendbuff,3);
sendbuff[3] = (u8)(crc >> 8);
sendbuff[4] = (u8)crc;
Uart2_sendBuffer(sendbuff,5);
}
}
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测试一下效果,如下图,看上去 OK:
想了一下,不对啊?
修改地址应该有个限制,从机的地址应该在: 1~ 247 (0XF7)
所以以代码里面还得加一个限制(按理来说应该是先判断地址,如果是写 ID 的寄存器,才需要限制从机地址大小,其他寄存器,是可以写其他数值的,因为示例中只开放 ID 寄存器的写操作,所以这里问题不大,但是在完善自己的从机代码的时候这里得注意一下逻辑!!!):
3.2 D6T 传感器驱动(I2C 协议)
I2C 的基础知识这里就不多介绍了,网上很多,我那个总线协议记录里面也介绍了。
3.2.1 通用 I2C 驱动
I2C 协议需要用到 us 延时,HAL 库里面没有, FreeRTOS 里面也没,这里我们还是用以前常用的自己写一个:
我们使用的是软件的 I2C,所以要把通用的 I2C 驱动写一下,新建一个i2c.c
和一个i2c.h
文件作为软件 I2C 的通用驱动,这里直接上源码:
#include "i2c.h"
// ------------------------------------------------------------------
void i2c_init(void) {
// the SDA and SCL pins are defined as input with pull up enabled
// pins are initialized as inputs, ext. pull => SDA and SCL = high
}
// ------------------------------------------------------------------
// send start sequence (S)
void i2c_start(void)
{
sda_high;
delay_us(5);
scl_high;
delay_us(10);
sda_low;
delay_us(10);
scl_low; //使SCL置低,准备发送或者接受数据
delay_us(10);
}
// ------------------------------------------------------------------
// send stop sequence (P)
void i2c_stop(void)
{
sda_low;
delay_us(5);
scl_low;
delay_us(10);
scl_high;
delay_us(5);
sda_high;
delay_us(10);
}
// ------------------------------------------------------------------
// returns the ACK or NACK
uint8 i2c_write(uint8 u8Data)
{
uint8 u8Bit;
uint8 u8AckBit;
// write 8 data bits
u8Bit = 0x80; //msb first
while(u8Bit) {
if(u8Data&u8Bit) {
sda_high;
delay_us(20);
}
//& compare every bit
else{
sda_low;
delay_us(20);
}
scl_high;
delay_us(30);
u8Bit >>= 1;
//next bit
scl_low;
delay_us(30);
}
// read acknowledge (9th bit)
sda_high;
delay_us(10);
scl_high;
delay_us(10);
u8AckBit= sda_read; //#define sda_read() (sda_port & sda_pin)? 1 :0 ack on bus is low -> u8AckBit = 1 sda_port gpio0 sda_pin SCSEDIO0
delay_us(10);
scl_low;
delay_us(10);
return u8AckBit;
}
//读1个字节,ack=1时,发送ACK,ack=0,发送nACK
u8 i2c_read_byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
// MYSDA_IN;//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ )
{
scl_low; //SCL为由低变高,在SCL高的时候去读 SDA的数据
delay_us(10);
scl_high;
receive<<=1; //第一次这里还是0,第二次开始每次接收的数据做移动一位,从高位开始接收
if(sda_read)receive++; //如果数据为1,++以后就是1,数据为0,不执行就是0;
delay_us(10);
}
if (!ack)
IIC_NAck();//发送nACK
else
IIC_Ack(); //发送ACK
return receive;
}
// ------------------------------------------------------------------
// pass the ack/nack
// returns the read data
uint8 i2c_read(uint8 u8Ack)
{
uint8 u8Bit;
uint8 u8Data;
u8Bit = 0x80; // msb first
u8Data = 0;
while(u8Bit){
scl_high;
delay_us(20);
u8Bit >>= 1; //next bit
u8Data <<= 1;
u8Data |= sda_read; //(sda_port & sda_pin)? 1 :0 sda_port gpio0 sda_pin SCSEDIO0
delay_us(20);
scl_low;
delay_us(50);
}
// 9th bit acknowledge
if(u8Ack==I2C_ACK) {
sda_low;
delay_us(20);
}
//I2C_ACK=0
else {
sda_high;
delay_us(20);
}
scl_high;
delay_us(20);
scl_low;
delay_us(20);
sda_high;
delay_us(20);
return u8Data;
}
u8 i2c_wait_ack(void)
{
u8 ucErrTime=0;
delay_us(5);
sda_high;delay_us(5); //MCU DATA 置高,外面高就是高,外面低就是低
scl_high; delay_us(5); //CLK 高电平期间数据有效
while(sda_read) //低电平为有应答,高电平无应答
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
i2c_stop();
return 1;
}
}
delay_us(10);
scl_low;
return 0;
}
void IIC_Ack(void)
{
scl_low; //SCL为低,SDA为低,SCL为高,SDA为低,应答低电平有效,SCL为低,产生应答信号
// MYSDA_OUT;
sda_low;
delay_us(10);
scl_high;
delay_us(10);
scl_low;
delay_us(10);
sda_high;
}
void IIC_NAck(void)
{
scl_low; //SCL为低,SDA为高,SCL为高,SCL为低
// MYSDA_OUT;
sda_high;
delay_us(10);
scl_high;
delay_us(10);
scl_low;
}
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1,有应答
//0,无应答
void i2c_send_byte(u8 txd)
{
u8 t;
// MYSDA_OUT;
scl_low; //拉低时钟开始数据传输 ,SCL为低,SDA变高或者变低(数据位),SCL变高,SCL变低,期间SDA为1既1,为0既0
for(t=0;t<8;t++) //一个字节8位,一位一位发送
{
scl_low;
if((txd&0x80)>>7) //从最高位开始发送,如果是1,发送高电平
sda_high;
else
sda_low;
txd<<=1; //SDA处理完毕,此时可以将SCL拉高接受数据,拉高以后延时拉低
delay_us(10); //对TEA5767这三个延时都是必须的
scl_high;
delay_us(10);
scl_low;
delay_us(5);
}
}
复制代码
3.2.2 I2C 传感器数据读取
对于欧姆龙的这个传感器,主要的时序图如下:
根据时序图,设计代码,源码如下(当然要根据自己的传感器型号进行细节修改):
void D6T_Measure()
{
u8 D6Tbuff[20];
u8 D6T_Data=0;
// u16 tPEC;
i2c_start();
i2c_send_byte(0X14); //地址,和读写指令
i2c_wait_ack();
delay_us(150); //这里必须加
i2c_send_byte(0X4C);
i2c_wait_ack();
delay_us(150);
i2c_start();
i2c_send_byte(0X15); //地址,读指令
i2c_wait_ack();
delay_us(120);
// D6T44L_ReadLenByte(5); //D6T-1A-02 只有5个数值
u8 t;
D6T_Data=0;
for(t=0;t<(5-1);t++)
{
D6Tbuff[D6T_Data++] = i2c_read_byte(1);
delay_us(120);
}
D6Tbuff[D6T_Data] = i2c_read_byte(0);
delay_us(120);
i2c_stop();
// tPTAT = 256 * D6Tbuff[1] + D6Tbuff[0];
tP = 256 * D6Tbuff[3] + D6Tbuff[2];
}
复制代码
然后在任务里面调用温度读取函数,做一个简单的测试:
驱动 OK,测试结果(结果是温度 * 10):
3.3 任务调整、任务通讯
驱动都已经设计完成,那么就到了最后的地方,任务间的通讯了,什么时候读取数据,读取的数据放入对应的 485 的寄存器。
3.3.1 任务栈说明
当然,不要忘了各个任务的栈空间调整,还要考虑到使用的 STM32L051 单片机只有 8K 的 RAM,要注意内存的使用情况:
不看不知道,一看吓一跳 = =!:
如果打开了堆栈溢出钩子函数,估计一直在报溢出,测试一下:
测试方式见博文:FreeRTOS 记录(四、FreeRTOS 任务堆栈溢出问题和临界区)
上面我们看到,按键任务和 RTU 接收任务的 栈不够了,D6Tread 也不是很够,因为后期还需要做逻辑处理,也有调用关系,所以必须对各任务的大小进行一定的调整。
KeyTask:
前面我们说到,按钮目前只是为了测试,所以按钮把里面定义的数组改小一点,其实只要能够满足完全打印任务状态的大小就行了,以前设置 500 并没有仔细的去计算。
任务大小:
任务运行:
在后期的完善过程中,考虑到一个问题,作为 485 设备,如果拿到一个设备,并不知道他的 ID ,怎么办,所以正好可以通过按钮操作,使得设备恢复默认 ID。所以将按键任务加了一个长按操作:
RTUreceived:
串口接收任务会溢出是开始没想打的,但是仔细想想还是不应该,看了一下,开始测试的时候加了一句 printf 函数,把 printf 后 RTUreceived 就正常不会溢出了:
加个 printf 就占用那么大空间?这个怎么理解呢,虽然知道使用 printf 会占用栈空间,但是这么大还是有点诧异的
任务大小:
任务运行:
D6TRead:
通过上文可以看到 D6TRead 只剩下 21 的栈空间,在该任务中,我们调用了 I2C 的驱动,读取传感器数据,考虑到后面还可能进行数据计算操作,此任务估计得放大一点空间(为什么数据保存不能新建一个任务,因为内存空间不够,给 FreeRTOS 分配的总栈空间已经不够我再新建一个任务了,当然,实际应用,可以对 keyTask 任务进行缩减来换取其他任务更多的空间)。
当然,我还是改大了一点:
任务大小:
任务运行:
3.3.2 任务间通信
其实示例做到上面,整体上已经没什么大问题了,最主要的还是示例还是比较简单的,没有太多的任务,所以到这里其实基本上大问题就没有了。余下的就是细节处理。
最初构思的时候,对于任务之间,什么时候读取传感器的数据,是想使用 TIM2
定时 ,在定时器中断中给D6TRead
任务通知来实现,但是因为整体结构简单,这里直接使用延时就可以达到效果= =!这里就不再折腾了,因为具体的使用可以参考博文,也是任务中读取传感器:
FreeRTOS 记录(五、FreeRTOS 任务通知)
然后针对实际应用,可能需要对采集的温度进行一定的数据处理,直接根据需求修改即可。
最后整体测试一下,没有问题:
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