在單片機" title="單片機">單片機系統(tǒng)中,，多處理器是指多個相同類型或者不同類型的單片機協(xié)作處理同一個系統(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,、串行總線方式進行通信,。其中，數(shù)據(jù)交換方式又可以稱為共享內(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">低功耗的混合信號控制器，具有1 6位RISC結(jié)構(gòu),，有著豐富的片內(nèi)外設,，主要包括有看門狗、定時器,、比較器,、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器,、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,。其功能強大，應用場合廣泛,。但是在大型復雜的場合或者實時性要求較高的場合,，使用一個處理器處理所有的業(yè)務，總是顯得有些不足,。引入多個MsP430處理器協(xié)作工作的模式,，可以提高系統(tǒng)的實時性、可靠性和適用性,。
在多數(shù)場合,，MSP430無須為每個處理器擴展FlashROM，也無須擴展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包括有兩個串口(USART),，在MSP430的應用中,，可以把兩組串行端口中的一個供外部通信使用，另一個串行端口供內(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
2.1 MSP430多處理器組成
MSP430具有兩個串行端口(USART)，可以使用其中的一個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多處理器拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在這個結(jié)構(gòu)中,，主處理器通過TXD端發(fā)送出指令報文,，傳輸?shù)綇奶幚砥鞯腞XD接收端；從處理器對指令報文進行解包并且對這個指令報文進行響應,。從處理器的響應報文通過TXD發(fā)送到主處理器的RXD接收端,，主處理器獲取響應報文確認指令是否被正確執(zhí)行。從這個結(jié)構(gòu)上看,，主處理器可以與任何從處理器進行通信,，任何從處理器也可以和主處理器進行通信，但是從處理器與從處理器之間卻不可以進行直接的通信,。
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)設備,。ModBus協(xié)議包括ASCII,、RTU,、TCP等報文格式，并沒有規(guī)定物理層,。此協(xié)議定義了控制器能夠認識和使用的消息結(jié)構(gòu),，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的。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，以響應請求,；Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù),，實現(xiàn)雙向讀寫。
2.4 ModBus在多處理器系統(tǒng)中的報文格式
由于是一個主服務器對應多個從處理器的系統(tǒng),，處理器與處理器之間的報文傳輸必須明確標注目標地址和源地址,，以免不相干的處理器之間進行誤導操作,。除此以外，為了提高主處理器的處理能力,，同時避免不同處理器存在報文相應速度差,，以及不同指令任務之間存在處理量差異的問題，必須采用異步通信模式進行通信,。要滿足異步通信模式,，必須在報文中對每次的通信操作加注請求報文的16位標示(可以稱之為句柄)，同時對這些句柄進行記錄,。
2.4.1 數(shù)據(jù)讀取請求報文格式
源地址：主處理器地址,。
目標地址：指令目的地地址(從處理器)。
句柄：指令請求標示號,。
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,。
校驗碼：CRC校驗碼或者LRC校驗碼,。
2.4.2 數(shù)據(jù)讀取應答報文格式
源地址：從處理器地址。
目標地址：主處理器地址,。
句柄：指令請求標示號,。
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),。
校驗碼：CRC校驗碼或者LRC校驗碼。
其中,，應答報文中的目標地址等價于請求報文中的源地址,，應答報文中的源地址等價于請求報文中的目標地址。
2.5 校驗碼
在ModBus中,，通用的校驗方式是ASCII協(xié)議方式采用LRC校驗方式,，RTU協(xié)議方式采用CRC校驗方式。
2.5.1 LRC校驗
LRC校驗比較簡單,。它在ASCII協(xié)議中使用,，檢測了消息域中除開始的冒號及結(jié)束的回車換行號外的內(nèi)容。它僅僅是把每一個需要傳輸?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
CRC是先調(diào)入一值是全“1”的16位寄存器,，然后調(diào)用一過程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)和當前寄存器中的值進行處理,。僅每個字符中的8位數(shù)據(jù)對CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校驗位均無效,。
CRC產(chǎn)生過程中,，每個8位字符都單獨和寄存器內(nèi)容相或(OR)，結(jié)果向最低有效位方向移動,，最高有效位以0填充,。LSB被提取出來檢測。如果LSB為1,，寄存器單獨和預置的值“或”一下,；如果LSB為O，則不進行,。整個過程要重復8次,。在最后一位(第8位)完成后，下一個8位字節(jié)又單獨和寄存器的當前值相“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,，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兩種報文格式,。RTU報文較短,，但是沒有邊界定義;ASCII報文較長，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，報文長度較長對通信的影響不大,，因此可以選擇ASCII報文格式進行通信,。
ModBus的ASCII讀取請求報文格式如下：
ModBus 的 ASCII讀取請求報文格式如下：
假設主機地址01，要對從機地址02進行讀取247和248地址的兩個寄存器值的通信,，并且本次通信為第1次通信,，設定流水號為000l。
結(jié) 語
多處理器協(xié)作工作模式和通信協(xié)議,，已經(jīng)成功應于CNG加氣機,，使系統(tǒng)信息交換更加迅速、可靠,，整個系統(tǒng)的性能得到了提高,。