13. RS485使用

RS485的使用与串口终端的使用基本相同，差别在于使用485时需要手动切换485芯片的收发引脚。

13.1. 使能RS485设备树插件

485-1、485-2虽然也是使用串口1和串口3，但他们设备树作用并不相同， 因此需要先将串口1、串口3相关设备树插件关闭，再使能485的设备树插件。 修改 boot/uEnv.txt 文件，找到uart、485相关设备树插件修改如下：

boot/uEnv.txt
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#dtoverlay=/usr/lib/linux-image-4.19.94-stm-r1/overlays/stm-fire-usart1.dtbo
#dtoverlay=/usr/lib/linux-image-4.19.94-stm-r1/overlays/stm-fire-usart3.dtbo

dtoverlay=/usr/lib/linux-image-4.19.94-stm-r1/overlays/stm-fire-485r1.dtbo
dtoverlay=/usr/lib/linux-image-4.19.94-stm-r1/overlays/stm-fire-485r2.dtbo

13.2. 简单测试485功能

修改 boot/uEnv.txt 之后重启开发板，并 将开发板中484总线的跳帽连接上（在开发板的左上角区域）， 接着将485接口按照下图所示的方法对接，485-1的A端与485-2的A端对接，485-1的B端与485-2的B端对接。

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查看485总线设备

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root@npi:~# ls -l /dev/ttySTM*
crw------- 1 root tty     246, 0 Mar  6 06:47 /dev/ttySTM0
crw-rw---- 1 root dialout 246, 1 Mar  6 06:46 /dev/ttySTM1
crw-rw---- 1 root dialout 246, 3 Mar  6 06:46 /dev/ttySTM3
root@npi:~#

其中ttySTM1为485-1设备，tttySTM3为485-2设备。

STM32MP157开发板板载485芯片原理图如下

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其中控制RS485-1的收发引脚 USART1_CTS 为 PZ3 ， 控制RS485-2的收发引脚 USART1_RTS 为 PZ5 。 当设置引脚为低电平是为接收数据，设置高电平为发送数据。

将PZ3引脚为低电平，设置485-1为接收模式。 设置PZ5引脚为高电平，设置485-2为发送模式。

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 #设置PZ3引脚为低电平
 root@npi:~# gpioset 9 3=0

 #设置PZ5引脚为高电平
 root@npi:~# gpioset 9 5=1

打开两个不同的终端，一个用于读取设备数据，一个用于发送设备数据

终端1
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#读取485-1数据
cat /dev/ttySTM1
终端2
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#485-2发送数据
echo "123456" > /dev/ttySTM3

此时在终端1中将会接收到终端2传来的数据，此处仅做简单操作，其他使用方式同串口章节相同，可参考串口章节。

13.3. libmodbus简介和测试

libmodbus是一个与使用modbus协议的设备进行数据 发送/接收 的库， 它包含各种后端（backends）通过不同网络进行通信 （例如，RTU模式下的串口、485总线或TCP / IPv6中的以太网）。 libmodbus还提供了较低通信层的抽象，并在所有支持的平台上提供相同的API。

libmodbus是开源的，它遵循 LGPL v2.1 开源协议，这个协议没有GPL协议那么严格， 简单来说，只要你不修改libmodbus库里面的东西（只调用、链接该库），你是可以闭源你的代码的， 你也可以用于商业用途，这是非常好的。

13.3.1. 使用libmodbus简单测试485通讯

开发准备，在开发板系统上安装libmodbus-dev和一些编译工具。

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sudo apt update
sudo apt install gcc git libmodbus-dev pkg-config

将开发板的串口和485连接，两个485连接:

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13.3.2. 程序

1.服务端程序

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 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <string.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <errno.h>
 #include <modbus.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <fcntl.h>

 #define SERVER_GPIO_INDEX   "403"
 #define SERVER_ID         17
 const uint16_t UT_REGISTERS_TAB[] = { 0x0A, 0x0E, 0x0A, 0x1B,0x0A};

 static int _server_ioctl_init(void)
 {
     int fd;
     //index config
     fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
     if(fd < 0)
         return 1;

     write(fd, SERVER_GPIO_INDEX, strlen(SERVER_GPIO_INDEX));
     close(fd);

     //direction config
     fd = open("/sys/class/gpio/gpio" SERVER_GPIO_INDEX "/direction", O_WRONLY);
     if(fd < 0)
         return 2;

     write(fd, "out", strlen("out"));
     close(fd);

     return 0;
 }

 static int _server_ioctl_on(void)
 {
     int fd;

     fd = open("/sys/class/gpio/gpio" SERVER_GPIO_INDEX "/value", O_WRONLY);
     if(fd < 0)
         return 1;

     write(fd, "1", 1);
     close(fd);
     return 0;
 }

 static int _server_ioctl_off(void)
 {
     int fd;

     fd = open("/sys/class/gpio/gpio" SERVER_GPIO_INDEX "/value", O_WRONLY);
     if(fd < 0)
         return 1;

     write(fd, "0", 1);
     close(fd);
     return 0;
 }

 static void _modbus_rtu_server_ioctl(modbus_t *ctx, int on)
 {
     if (on) {
         _server_ioctl_on();
     } else {
         _server_ioctl_off();
     }
 }

 int main(int argc, char*argv[])
 {
     modbus_t *ctx;
     modbus_mapping_t *mb_mapping;
     int rc;
     int i;
     uint8_t *query;
     /*设置串口信息*/
     ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttySTM1", 9600, 'N', 8, 1);
     _server_ioctl_init();

     /*设置从机地址，设置485模式*/
     modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);
     modbus_rtu_set_custom_rts(ctx, _modbus_rtu_server_ioctl);
     modbus_rtu_set_rts(ctx, MODBUS_RTU_RTS_UP);
     modbus_rtu_set_serial_mode(ctx, MODBUS_RTU_RS485);


     query = malloc(MODBUS_RTU_MAX_ADU_LENGTH);
     /*开启调试*/
     modbus_set_debug(ctx, TRUE);

     mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(0,0,0,0,0,5,0,0);
     if (mb_mapping == NULL) {
         fprintf(stderr, "Failed to allocate the mapping: %s\n",
                 modbus_strerror(errno));
         modbus_free(ctx);
         return -1;
     }

     /* 初始化值 */
     for (i=0; i < 5; i++) {
         mb_mapping->tab_registers[i] = UT_REGISTERS_TAB[i];
     }

     rc = modbus_connect(ctx);
     if (rc == -1) {
         fprintf(stderr, "Unable to connect %s\n", modbus_strerror(errno));
         modbus_free(ctx);
         return -1;
     }
     modbus_flush(ctx);

     for (;;) {
         do {
             rc = modbus_receive(ctx, query);
         } while (rc == 0);

         rc = modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
         if (rc == -1) {
             break;
         }
     }

     modbus_mapping_free(mb_mapping);
     free(query);

     modbus_close(ctx);
     modbus_free(ctx);
     return 0;
 }

2.客户端程序

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 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <string.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <errno.h>
 #include <modbus.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <fcntl.h>

 #define CLIENT_GPIO_INDEX   "405"
 #define SERVER_ID         17

 static int _client_ioctl_init(void)
 {
     int fd;
     //index config
     fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
     if(fd < 0)
         return 1 ;

     write(fd, CLIENT_GPIO_INDEX, strlen(CLIENT_GPIO_INDEX));
     close(fd);

     //direction config
     fd = open("/sys/class/gpio/gpio" CLIENT_GPIO_INDEX "/direction", O_WRONLY);
     if(fd < 0)
         return 2;

     write(fd, "out", strlen("out"));
     close(fd);

     return 0;
 }

 static int _client_ioctl_on(void)
 {
     int fd;

     fd = open("/sys/class/gpio/gpio" CLIENT_GPIO_INDEX "/value", O_WRONLY);
     if(fd < 0)
         return 1;

     write(fd, "0", 1);
     close(fd);

     return 0;
 }

 static int _client_ioctl_off(void)
 {
     int fd;

     fd = open("/sys/class/gpio/gpio" CLIENT_GPIO_INDEX "/value", O_WRONLY);
     if(fd < 0)
         return 1;

     write(fd, "1", 1);
     close(fd);

     return 0;
 }

 static void _modbus_rtu_client_ioctl(modbus_t *ctx, int on)
 {
     if (on) {
         _client_ioctl_on();
     } else {
         _client_ioctl_off();
     }
 }

 int main(int argc, char *argv[])
 {
     modbus_t *ctx = NULL;
     int i,rc;
     uint16_t tab_rp_registers[5] = {0}; //定义存放数据的数组

     /*创建一个RTU类型的变量*/
     /*设置要打开的串口设备  波特率 奇偶校验 数据位 停止位*/
     ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttySTM3", 9600, 'N', 8, 1);
     if (ctx == NULL) {
         fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context\n");
         return -1;
     }

     /*设置485模式*/
     _client_ioctl_init();
     modbus_rtu_set_custom_rts(ctx, _modbus_rtu_client_ioctl);
     modbus_rtu_set_rts(ctx, MODBUS_RTU_RTS_DOWN);
     modbus_rtu_set_serial_mode(ctx, MODBUS_RTU_RS485);

     /*设置debug模式*/
     modbus_set_debug(ctx, TRUE);

     /*设置从机地址*/
     modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);

     /*RTU模式 打开串口*/
     if (modbus_connect(ctx) == -1) {
         fprintf(stderr, "Connection failed: %s\n", modbus_strerror(errno));
         modbus_free(ctx);
         return -1;
     }

     //读取多个连续寄存器
     rc = modbus_read_registers(ctx, 0, 5, tab_rp_registers);
     if (rc == -1)
     {
             fprintf(stderr,"%s\n", modbus_strerror(errno));
             return -1;
     }
     for (i=0; i<5; i++)
     {
         //打印读取的数据
         printf("reg[%d] = %d(0x%x)\n", i, tab_rp_registers[i], tab_rp_registers[i]);
     }

     modbus_close(ctx);
     modbus_free(ctx);
     return 0;
 }

13.3.3. 编译和运行

将两个程序的源文件传输到开发板系统，然后使用下面命令编译：

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 gcc test-server.c -o test-server `pkg-config --cflags --libs libmodbus`
 gcc test-client.c -o test-client `pkg-config --cflags --libs libmodbus`

打开两个终端，一个用于运行服务端一个用于运行客户端（ssh终端和串口终端）。如下所示：

服务终端
  debian@lubancat:~$./test-server
客户终端
 debian@lubancat:~$./test-client

在客户终端中最终打印

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 debian@lubancat:~$ ./utest-client
 Opening /dev/ttySTM3 at 9600 bauds (N, 8, 1)
 [11][03][00][00][00][05][87][59]
 Sending request using RTS signal
 Waiting for a confirmation...
 <11><03><0A><00><0A><00><0E><00><0A><00><1B><00><0A><E3><47>
 reg[0] = 10(0xa)
 reg[1] = 14(0xe)
 reg[2] = 10(0xa)
 reg[3] = 27(0x1b)
 reg[4] = 10(0xa)
 debian@lubancat:~$

在服务终端中最终打印

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 debian@lubancat:~$ ./test-server
 Opening /dev/ttySTM1 at 9600 bauds (N, 8, 1)
 Bytes flushed (0)
 Waiting for a indication...
 <11><03><00><00><00><05><87><59>
 [11][03][0A][00][0A][00][0E][00][0A][00][1B][00][0A][E3][47]
 Sending request using RTS signal
 Waiting for a indication...

重要

简单测试485功能请按照13.2小节，使用libmodbus测试具体用法请读者自行研究。 参考资料： https://github.com/stephane/libmodbus

https://libmodbus.org/documentation/

13.4. RS485设备树

官方参考文档： 内核源码/Documentation/devicetree/bindings/serialt 目录下的 rs485.txt、fsl-imx-uart.txt、serial.txt 。

野火imx6ull提供了很多的设备树插件源码，若想要添加或修改不同的引脚作为485引脚， 可参考 野火设备树插件GitHub仓库

仓库中提供了485-1、485-2的设备树插件， 其中485-1的设备树插件文件为 imx-fire-485r1-overlay.dts ，源码如下所示

ebf-linux-dtoverlays/overlays/ebf/imx-fire-485r1-overlay.dts
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/dts-v1/;
/plugin/;
#include <dt-bindings/pinctrl/stm32-pinfunc.h>
#include <dt-bindings/input/input.h>
#include <dt-bindings/mfd/st,stpmic1.h>

/{
    fragment@0 {
        target=<&pinctrl_z>;
        __overlay__ {
            usart1_pins_a: usart1-0 {
                pins1 {
                    pinmux = <STM32_PINMUX('Z', 7, AF7)>;/* USART1_TX */

                    bias-disable;
                    drive-push-pull;
                    slew-rate = <0>;
                };
                pins2 {
                    pinmux = <STM32_PINMUX('Z', 6, AF7)>; /* USART1_RX */
                    bias-disable;
                };
            };

            usart1_idle_pins_a: usart1-idle-0 {
                pins1 {
                    pinmux = <STM32_PINMUX('Z', 7, ANALOG)>; /* USART1_TX */
                };
                pins2 {
                    pinmux = <STM32_PINMUX('Z', 6, AF7)>; /* USART1_RX */
                    bias-disable;
                };
            };

            usart1_sleep_pins_a: usart1-sleep-0 {
                pins {
                    pinmux = <STM32_PINMUX('Z', 7, ANALOG)>, /* USART1_TX */
                            <STM32_PINMUX('Z', 6, ANALOG)>; /* USART1_RX */

                };
            };
        };
    };
    fragment@1 {
        target=<&usart1>;
        __overlay__ {
            pinctrl-names = "default", "sleep", "idle";
            pinctrl-0 = <&usart1_pins_a>;
            pinctrl-1 = <&usart1_sleep_pins_a>;
            pinctrl-2 = <&usart1_idle_pins_a>;
            linux,rs485-enabled-at-boot-time;
            status = "okay";
        };
    };

};

485设备树插件修改相对简单，若想修改相对应的引脚，只需修改上面代码颜色部分即可。