介绍
在当前项目中，我经常使用STM32F3xx + FreeRTOS捆绑软件，因此我决定充分利用该控制器的硬件功能。特别是：
- 使用DMA接收/发送
- 硬件CRC计算的可能性
- RS485硬件支持
- 通过USART硬件功能完成包裹检测，无需使用计时器
我将立即进行预订，这里我没有描述Modbus协议的规范以及主站如何使用它，您可以在此处和此处阅读有关此内容的信息。
配置文件
首先，我决定简化至少在同一个控制器系列内的项目之间传输代码的任务。因此，我决定编写一个小的conf.h文件，使我可以快速重新配置实现的主要部分。
ModbusRTU_conf.h
#ifndef MODBUSRTU_CONF_H_INCLUDED
#define MODBUSRTU_CONF_H_INCLUDED
#include "stm32f30x.h"
extern uint32_t SystemCoreClock;
/*Registers number in Modbus RTU address space*/
#define MB_REGS_NUM 4096
/*Slave address*/
#define MB_SLAVE_ADDRESS 0x01
/*Hardware defines*/
#define MB_USART_BAUDRATE 115200
#define MB_USART_RCC_HZ 64000000
#define MB_USART USART1
#define MB_USART_RCC RCC->APB2ENR
#define MB_USART_RCC_BIT RCC_APB2ENR_USART1EN
#define MB_USART_IRQn USART1_IRQn
#define MB_USART_IRQ_HANDLER USART1_IRQHandler
#define MB_USART_RX_RCC RCC->AHBENR
#define MB_USART_RX_RCC_BIT RCC_AHBENR_GPIOAEN
#define MB_USART_RX_PORT GPIOA
#define MB_USART_RX_PIN 10
#define MB_USART_RX_ALT_NUM 7
#define MB_USART_TX_RCC RCC->AHBENR
#define MB_USART_TX_RCC_BIT RCC_AHBENR_GPIOAEN
#define MB_USART_TX_PORT GPIOA
#define MB_USART_TX_PIN 9
#define MB_USART_TX_ALT_NUM 7
#define MB_DMA DMA1
#define MB_DMA_RCC RCC->AHBENR
#define MB_DMA_RCC_BIT RCC_AHBENR_DMA1EN
#define MB_DMA_RX_CH_NUM 5
#define MB_DMA_RX_CH DMA1_Channel5
#define MB_DMA_RX_IRQn DMA1_Channel5_IRQn
#define MB_DMA_RX_IRQ_HANDLER DMA1_Channel5_IRQHandler
#define MB_DMA_TX_CH_NUM 4
#define MB_DMA_TX_CH DMA1_Channel4
#define MB_DMA_TX_IRQn DMA1_Channel4_IRQn
#define MB_DMA_TX_IRQ_HANDLER DMA1_Channel4_IRQHandler
/*Hardware RS485 support
1 - enabled
other - disabled
*/
#define MB_RS485_SUPPORT 0
#if(MB_RS485_SUPPORT == 1)
#define MB_USART_DE_RCC RCC->AHBENR
#define MB_USART_DE_RCC_BIT RCC_AHBENR_GPIOAEN
#define MB_USART_DE_PORT GPIOA
#define MB_USART_DE_PIN 12
#define MB_USART_DE_ALT_NUM 7
#endif
/*Hardware CRC enable
1 - enabled
other - disabled
*/
#define MB_HARDWARE_CRC 1
#endif /* MODBUSRTU_CONF_H_INCLUDED */在我看来，最常见的情况是以下几点发生变化：
- 设备地址和地址空间大小
- USART引脚的时钟频率和参数（引脚，端口，rcc，irq）
- DMA通道参数（rcc，irq）
- 启用/禁用硬件CRC和RS485
铁配置
在此实现中，我使用通常的CMSIS，不是出于宗教信仰，而是对我来说更容易，并且依赖更少。我不会描述端口的配置，您可以在下面的github链接上看到它。
让我们从设置USART开始：
USART配置
/*Configure USART*/
/*CR1:
-Transmitter/Receiver enable;
-Receive timeout interrupt enable*/
MB_USART->CR1 = 0;
MB_USART->CR1 |= (USART_CR1_TE | USART_CR1_RE | USART_CR1_RTOIE);
/*CR2:
-Receive timeout - enable
*/
MB_USART->CR2 = 0;
/*CR3:
-DMA receive enable
-DMA transmit enable
*/
MB_USART->CR3 = 0;
MB_USART->CR3 |= (USART_CR3_DMAR | USART_CR3_DMAT);
#if (MB_RS485_SUPPORT == 1)
/*Cnfigure RS485*/
MB_USART->CR1 |= USART_CR1_DEAT | USART_CR1_DEDT;
MB_USART->CR3 |= USART_CR3_DEM;
#endif
/*Set Receive timeout*/
//If baudrate is grater than 19200 - timeout is 1.75 ms
if(MB_USART_BAUDRATE >= 19200)
MB_USART->RTOR = 0.00175 * MB_USART_BAUDRATE + 1;
else
MB_USART->RTOR = 35;
/*Set USART baudrate*/
/*Set USART baudrate*/
uint16_t baudrate = MB_USART_RCC_HZ / MB_USART_BAUDRATE;
MB_USART->BRR = baudrate;
/*Enable interrupt vector for USART1*/
NVIC_SetPriority(MB_USART_IRQn, configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY);
NVIC_EnableIRQ(MB_USART_IRQn);
/*Enable USART*/
MB_USART->CR1 |= USART_CR1_UE;
这里有几点：
- F3, F0, , - . . , F1 , . USART_CR1_RTOIE R1. , USART , RM!
- RTOR. , 3.5 , 35 (1 — 8 + 1 + 1 ). 19200 / 1.75 , :
MB_USART->RTOR = 0.00175 * MB_USART_BAUDRATE + 1; - OC, configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY , FreeRTOS FromISR , . FreeRTOS_Config.h,
- RS485配置有两个位域：USART_CR1_DEAT和USART_CR1_DEDT。这些位域允许您设置在发送之前和之后以1/16或1/8位发送和接收DE信号的时间，具体取决于USART模块的过采样参数。仅保留通过USART_CR3_DEM位启用CR3寄存器中的功能，其余的工作将由硬件负责。
DMA设置：
DMA设定
/*Configure DMA Rx/Tx channels*/
//Rx channel
//Max priority
//Memory increment
//Transfer complete interrupt
//Transfer error interrupt
MB_DMA_RX_CH->CCR = 0;
MB_DMA_RX_CH->CCR |= (DMA_CCR_PL | DMA_CCR_MINC | DMA_CCR_TCIE | DMA_CCR_TEIE);
MB_DMA_RX_CH->CPAR = (uint32_t)&MB_USART->RDR;
MB_DMA_RX_CH->CMAR = (uint32_t)MB_Frame;
/*Set highest priority to Rx DMA*/
NVIC_SetPriority(MB_DMA_RX_IRQn, 0);
NVIC_EnableIRQ(MB_DMA_RX_IRQn);
//Tx channel
//Max priority
//Memory increment
//Transfer complete interrupt
//Transfer error interrupt
MB_DMA_TX_CH->CCR = 0;
MB_DMA_TX_CH->CCR |= (DMA_CCR_PL | DMA_CCR_MINC | DMA_CCR_DIR | DMA_CCR_TCIE | DMA_CCR_TEIE);
MB_DMA_TX_CH->CPAR = (uint32_t)&MB_USART->TDR;
MB_DMA_TX_CH->CMAR = (uint32_t)MB_Frame;
/*Set highest priority to Tx DMA*/
NVIC_SetPriority(MB_DMA_TX_IRQn, 0);
NVIC_EnableIRQ(MB_DMA_TX_IRQn);由于Modbus在请求-响应模式下运行，因此我们将一个缓冲区用于接收和发送。在缓冲区中接收，在那里进行处理并从中发送。处理期间不接受任何输入。 Rx DMA通道将来自USART接收寄存器（RDR）的数据放入缓冲区，而Tx DMA通道将数据从缓冲区放入发送寄存器（TDR）。我们需要中断Tx通道以确定答案已经消失，然后我们可以切换到接收模式。
基本上不需要中断Rx通道，因为我们假设Modbus程序包的长度不能超过256个字节，但是如果线路上有噪音并且有人随机发送字节怎么办？为此，我制作了一个257个字节的缓冲区，如果发生Rx DMA中断，则意味着有人在“乱扔”线路，然后将Rx通道扔到缓冲区的开头，然后再次侦听。
中断处理程序：
中断处理程序
/*DMA Rx interrupt handler*/
void MB_DMA_RX_IRQ_HANDLER(void)
{
if(MB_DMA->ISR & (DMA_ISR_TCIF1 << ((MB_DMA_RX_CH_NUM - 1) << 2)))
MB_DMA->IFCR |= (DMA_IFCR_CTCIF1 << ((MB_DMA_RX_CH_NUM - 1) << 2));
if(MB_DMA->ISR & (DMA_ISR_TEIF1 << ((MB_DMA_RX_CH_NUM - 1) << 2)))
MB_DMA->IFCR |= (DMA_IFCR_CTEIF1 << ((MB_DMA_RX_CH_NUM - 1) << 2));
/*If error happened on transfer or MB_MAX_FRAME_SIZE bytes received - start listening*/
MB_RecieveFrame();
}
/*DMA Tx interrupt handler*/
void MB_DMA_TX_IRQ_HANDLER(void)
{
MB_DMA_TX_CH->CCR &= ~(DMA_CCR_EN);
if(MB_DMA->ISR & (DMA_ISR_TCIF1 << ((MB_DMA_TX_CH_NUM - 1) << 2)))
MB_DMA->IFCR |= (DMA_IFCR_CTCIF1 << ((MB_DMA_TX_CH_NUM - 1) << 2));
if(MB_DMA->ISR & (DMA_ISR_TEIF1 << ((MB_DMA_TX_CH_NUM - 1) << 2)))
MB_DMA->IFCR |= (DMA_IFCR_CTEIF1 << ((MB_DMA_TX_CH_NUM - 1) << 2));
/*If error happened on transfer or transfer completed - start listening*/
MB_RecieveFrame();
}
/*USART interrupt handler*/
void MB_USART_IRQ_HANDLER(void)
{
BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
if(MB_USART->ISR & USART_ISR_RTOF)
{
MB_USART->ICR = 0xFFFFFFFF;
//MB_USART->ICR |= USART_ICR_RTOCF;
MB_USART->CR2 &= ~(USART_CR2_RTOEN);
/*Stop DMA Rx channel and get received bytes num*/
MB_FrameLen = MB_MAX_FRAME_SIZE - MB_DMA_RX_CH->CNDTR;
MB_DMA_RX_CH->CCR &= ~DMA_CCR_EN;
/*Send notification to Modbus Handler task*/
vTaskNotifyGiveFromISR(MB_TaskHandle, &xHigherPriorityTaskWoken);
portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}
}DMA处理程序非常简单：发送所有内容-清除标志，切换到接收模式，接收257个字节-帧错误，清除湿气，再次切换到接收模式。
USART处理器告诉我们，有一定数量的数据进入，然后保持沉默。帧准备就绪，我们确定接收的字节数（DMA接收字节的最大数-剩余的待接收量），关闭接收，唤醒任务。
需要说明的是，我曾经使用二进制信号来唤醒任务，但是FreeRTOS开发人员建议使用TaskNotification：
与通过二进制信号量解除阻止任务相比，通过直接通知解除阻止RTOS任务的速度提高了45％，并且使用的RAM更少有时，在FreeRTOS_Config.h中，xTaskGetCurrentTaskHandle（）函数未包含在程序集中，在这种情况下，您需要向该文件添加一行：
#define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle 1不使用信号灯，固件损失了将近1 kB。小事，当然，但很好。
发送和接收功能：
发送和接收
/*Configure DMA to receive mode*/
void MB_RecieveFrame(void)
{
MB_FrameLen = 0;
//Clear timeout Flag*/
MB_USART->CR2 |= USART_CR2_RTOEN;
/*Disable Tx DMA channel*/
MB_DMA_RX_CH->CCR &= ~DMA_CCR_EN;
/*Set receive bytes num to 257*/
MB_DMA_RX_CH->CNDTR = MB_MAX_FRAME_SIZE;
/*Enable Rx DMA channel*/
MB_DMA_RX_CH->CCR |= DMA_CCR_EN;
}
/*Configure DMA in tx mode*/
void MB_SendFrame(uint32_t len)
{
/*Set number of bytes to transmit*/
MB_DMA_TX_CH->CNDTR = len;
/*Enable Tx DMA channel*/
MB_DMA_TX_CH->CCR |= DMA_CCR_EN;
}这两个功能都会重新初始化DMA通道。接收时，通过USART_CR2_RTOEN位启用跟踪CR2寄存器中的超时的功能。
CRC
让我们继续进行核心CRC计算。眼控制器的这个功能总是让我很烦，但是以某种方式却从未解决过，在某些系列中，不可能设置任意多项式，在某些情况下，无法更改多项式的维数，依此类推。在F3中，一切都很好，并设置了多项式并更改了大小，但我不得不下蹲：
uint16_t MB_GetCRC(uint8_t * buffer, uint32_t len)
{
MB_CRC_Init();
for(uint32_t i = 0; i < len; i++)
*((__IO uint8_t *)&CRC->DR) = buffer[i];
return CRC->DR;
}事实证明，不可能仅逐字节地将字节放入DR寄存器-读取将是错误的，必须使用字节访问。我已经在SPI模块中遇到了这样的“怪胎”，我想在其中逐个字节地编写数据。
任务
void MB_RTU_Slave_Task(void *pvParameters)
{
MB_TaskHandle = xTaskGetCurrentTaskHandle();
MB_HWInit();
while(1)
{
if(ulTaskNotifyTake(pdTRUE, portMAX_DELAY))
{
uint32_t txLen = MB_TransactionHandler(MB_GetFrame(), MB_GetFrameLen());
if(txLen)
MB_SendFrame(txLen);
else
MB_RecieveFrame();
}
}
}在其中，我们初始化了指向任务的指针，这是必需的，以便使用它通过TaskNotification进行解锁，初始化硬件并等到我们睡眠直到通知到达。如有必要，可以使用timeout值代替portMAX_DELAY来确定在特定时间内没有连接。如果通知已到达，我们将处理包裹，形成响应并发送，但如果框架已损坏或到达错误的地址，我们将等待下一个。
/*Handle Received frame*/
static uint32_t MB_TransactionHandler(uint8_t * frame, uint32_t len)
{
uint32_t txLen = 0;
/*Check frame length*/
if(len < MB_MIN_FRAME_LEN)
return txLen;
/*Check frame address*/
if(!MB_CheckAddress(frame[0]))
return txLen;
/*Check frame CRC*/
if(!MB_CheckCRC(*((uint16_t*)&frame[len - 2]), MB_GetCRC(frame, len - 2)))
return txLen;
switch(frame[1])
{
case MB_CMD_READ_REGS : txLen = MB_ReadRegsHandler(frame, len); break;
case MB_CMD_WRITE_REG : txLen = MB_WriteRegHandler(frame, len); break;
case MB_CMD_WRITE_REGS : txLen = MB_WriteRegsHandler(frame, len); break;
default : txLen = MB_ErrorHandler(frame, len, MB_ERROR_COMMAND); break;
}
return txLen;
}处理程序本身并不特别感兴趣：检查帧/地址/ CRC长度并生成响应或错误。此实现支持三个主要功能：0x03-读取寄存器，0x06-写入寄存器，0x10-写入多个寄存器。通常，这些功能对我来说足够了，但是如果您愿意，您可以扩展功能而不会出现问题。
好吧，开始：
int main(void)
{
NVIC_SetPriorityGrouping(3);
xTaskCreate(MB_RTU_Slave_Task, "MB", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);
vTaskStartScheduler();
}为了使任务正常运行，大小为32 x uint32_t（或128字节）的堆栈就足够了；这是我在configMINIMAL_STACK_SIZE定义中设置的大小。供参考：最初我错误地认为configMINIMAL_STACK_SIZE以字节为单位设置，但是如果我添加的不够，但是，在RAM较少的F0控制器上工作，我不得不计算一次堆栈，结果发现configMINIMAL_STACK_SIZE是在portSTACK_TYPE类型的尺寸中设置的，该尺寸在文件portmacro.h
#define portSTACK_TYPE uint32_t
结论
这种Modbus RTU实施可最佳利用STM32F3xx微控制器的硬件功能。
输出固件以及操作系统和优化-o2的权重为：程序大小：5492字节，数据大小：112字节。在6 KB的背景下，从信号量中丢失1 KB看起来很重要。
可以移植到其他系列，例如F0支持超时和RS485，但是硬件CRC存在问题，因此您可以使用软件计算方法来获得。DMA中断处理程序在组合在一起的地方可能也有所不同。
链接到github
也许对某人有用。
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