嵌入式系統通常都會與外部設備進行通訊，這就涉及到通訊協議的問題。這些通訊協議有的是標準協議有的廠家自定義的協議，如宇電的AI-BUS。在本篇中，我們將討論AI-BUS的驅動，以便于與宇電設備的通訊。

1 、功能概述

宇電的設備使用基于RS-485的自定義協議，該協議稱為AI-BUS。AI-BUS協議采用16進制數據格式來表示各種指令代碼。數據協議本身比較簡單，標準的通訊指令只有兩條，一條為讀指令，一條為寫指令：

讀：地址代號 +52H （ 82 ） + 要讀的參數代號 +0+0+ 校驗碼

寫：地址代號 +43H （ 67 ） + 要寫的參數代號 + 寫入數低字節 + 寫入數高字節 + 校驗碼

具體結構如下圖所示：

地址代號：為了在一個通訊接口上連接多臺 AI 儀表，需要給每臺 AI 儀表編一個互不相同的通訊地址。有效的地址為 080（部分型號為 0100），所以一條通訊線路上最多可連接 81 臺 AI 儀表，儀表的通訊地址由參數 Addr 決定。儀表內部采用兩個重復的 128208（16 進制為 80HD0H）之間數值來表示地址代號，由于大于 128 的數較少用到（如 ASC 方式的協議通常只用 0-127 之間的數），因此可降低因數據與地址重復造成沖突的可能性。 AI 儀表通訊協議規定，地址代號為兩個相同的字節，數值為（儀表地址+80H）。例如：儀表參數 Addr=10

（16 進制數為 0AH，0A+80H=8AH），則該儀表的地址代號為：8AH 8AH

參數代號：儀表的參數用 1 個 8 位二進制數（一個字節，寫為 16 進制數）的參數代號來表示。它在指令中表示要讀/寫的參數名。

校驗碼：校驗碼采用16 位求和校驗方式，其中讀指令的校驗碼計算方法為：要讀參數的代號 ×256+82+ADDR 。寫指令的校驗碼計算方法為以下公式做16位二進制加法計算得出的余數（溢出部分不處理）：要寫的參數代號 ×256+67+ 要寫的參數值 +ADDR 。

公式中的數字都為十進制；公式中 ADDR 為儀表地址參數值，范圍是 0~80（注意不要加上 80H）。校驗碼為以上公式做二進制 16 位整數加法后得到的余數，余數為 2 個字節，其低字節在前，高字節在后。要寫的參數值用 16 位二進制整數表示。

返回的數據格式更是固定的，無論是讀還是寫，儀表都返回以下10個字節數據：

測量值 ** PV+** 給定值 ** SV+** 輸出值 ** MV ** 及報警狀態 + 所讀 / 寫參數值 + 校驗碼。

其中 PV、 SV 及所讀參數值均各占 2 個字節，代表一個 16 位二進制有符號補碼整數，低位字節在前，高位字節在后，整數無法表示小數點，要求用戶在上位機處理； MV 占一個字節，按 8 位有符號二進制數格式，數值范圍-110~＋110，狀態位占一個字節，校驗碼占 2 個字節，共 10 個字節。

返回校驗碼的計算公式： PV+SV+ （報警狀態 *256+MV ） + 參數值 +ADDR

2 、驅動設計與實現

我們已經清楚了AI-BUS協議的的基本規則，對于通訊協議的驅動開發，只需要按照通訊協議來實現代碼就可以了。

2.1 、對象定義

同樣的我們在操作AI-BUS設備之前，我們先需要定義AI-BUS設備對象。然后針對AI-BUS設備的操作就是針對該對象的操作。

2.1.1 、對象的抽象

根據AI-BUS設備對象的特點，我們抽象對象類型。該對象各類型包括設備地址和狀態2個屬性和發送命令一個操作。而對于消息的接收我們一般采用串口中斷方式。對象類型定義如下：

/* 定義AI-BUS設備對象 */
typedef struct AIbusObject {
      uint8_t deviceAddr;
      uint8_t status;
      void(*SendBytes)(uint8_t *cmd，uint16_t size);
}AIbusObjectType;

2.1.2 、對象初始化

定義了AI-BUS對象類型后，我們就可以使用該類型聲明不同的對象，但是聲明的對象僅為一個對象變量，在使用之前必須對其進行初始化，初始化函數如下：

/* AI-BUS對象初始化 */
void AIbusInitialization(AIbusObjectType*aibus，uint8_t addr，AiBusSendBytessend)
{
      if((aibus==NULL)||(send==NULL))
      {
             return;
      }

      aibus->deviceAddr=addr;
      aibus->SendBytes=send;
}

2.2 、對象操作

完成了對象的初始化后就可以實現對對象的操作了。根據前面對AI-BUS協議的了解，我們所需要完成的操作實際上就是3個方面。一是對目標設備參數的讀操作；二是對目標設備參數的寫操作；三是對接收到的消息進行解析。

2.2.1 、讀對象操作

對AI-BUS對象的讀就是將讀命令按一定格式下發就好了。讀命令的格式為**：地址代號** +52H （ 82 ） + 要讀的參數代號 +0+0+ 校驗碼 。可以據此編寫讀操作如下：

/*讀取目標設備的參數值*/
void ReadAiBusDeviceParameter(AIbusObjectType *aibus，uint8_tparaAddr)
{
 uint8_t readCommand[INSTRUCTION_LENGTH];
 uint16_t index=0;
 readCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 readCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 readCommand[index++]=READ_INSTRUCTION;
 readCommand[index++]=paraAddr;
 readCommand[index++]=0x0;
 readCommand[index++]=0x0;
 
 uint16_tcheckSum=(uint16_t)paraAddr*256+READ_INSTRUCTION+(uint16_t)aibus->deviceAddr;
 
 readCommand[index++]=checkSum;
 readCommand[index++]=(checkSum>>8);
 
 aibus->SendBytes(readCommand，INSTRUCTION_LENGTH);
}

2.2.2 、寫對象操作

同樣，對AI-BUS對象的寫操作也是按照寫命令的格式下發命令就可以了。寫對象的命令格式為**：地址代號** +43H （ 67 ） + 要寫的參數代號 + 寫入數低字節 + 寫入數高字節 + 校驗碼 。我們據此可以編寫寫操作函數：

/*設置目標設備的參數值*/
void WriteAiBusDeviceParameter(AIbusObjectType *aibus，uint8_t paraAddr，uint16_t data)
{
 uint8_t writeCommand[INSTRUCTION_LENGTH];
 uint16_t index=0;
 writeCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 writeCommand[index++]=0x80+aibus->deviceAddr;
 writeCommand[index++]=WRITE_INSTRUCTION;
 writeCommand[index++]=paraAddr;
 writeCommand[index++]=data;
 writeCommand[index++]=(data>>8);
 
 uint16_t checkSum=(uint16_t)paraAddr*256+WRITE_INSTRUCTION+(uint16_t)aibus->deviceAddr+data;
 
 writeCommand[index++]=checkSum;
 writeCommand[index++]=(checkSum>>8);
 
 aibus->SendBytes(writeCommand，INSTRUCTION_LENGTH);
}

2.2.3 、消息解析

我們已經知道AI-BUS對象的返回消息是一個固定的的格式。即：測量值 ** PV+** 給定值 ** SV+** 輸出值 ** MV ** 及報警狀態 + 所讀 / 寫參數值 + 校驗碼 。每一個字都是低字節在前，而校驗碼則是返回的數據和加上設備地址，我們據此編寫解析函數：

/*解析返回數據，返回值為讀或者寫的參數值*/
int ParsingReturnData(uint8_t*receiveData，uint16_t *returnData，AIbusObjectType *aibus，uint16_t deviceNum)
{
 int status=-1;
 
 uint16_t pValue=0;
 uint16_t sValue=0;
 uint16_t mValue=0;
 uint16_t alarmStatus=0;
 uint16_t paraValue=0;
 uint16_t checkSum=0;
 
 pValue=receiveData[0]+receiveData[1]*256;
 sValue=receiveData[2]+receiveData[3]*256;
 mValue=(uint16_t)receiveData[4];
 alarmStatus=(uint16_t)receiveData[5];
 paraValue=receiveData[6]+receiveData[7]*256;
 checkSum=receiveData[8]+receiveData[9]*256;
 
 uint16_t chk=pValue+sValue+alarmStatus*256+mValue+paraValue;
 
 for(int i=0;iif(checkSum==chk+aibus[i].deviceAddr)
   {
     status=i;
     returnData[0]=pValue;
     returnData[1]=sValue;
     returnData[2]=mValue;
     returnData[3]=alarmStatus;
     returnData[4]=paraValue;
     break;
   }
 }
      
 aibus[status].status=alarmStatus;
      
 return status;


}

3 、驅動的使用

AI-BUS協議設備驅動的使用主要按照三個步驟來操作：聲明并初始化對象；發送操作命令；接收并解析消息。接下來我們將據此完成驅動的使用。

3.1 、聲明并初始化對象

我們需要使用AIbusObjectType類型聲明對象變量。同時我們要實現一個typedef void (*AiBusSendBytes)(uint8_t *cmd，uint16_t size)類型的操作函數。我們假設使用的USART1端口，則具體實現如下：

/*發送數據*/
void AiBusSendByte(uint8_t *instruction，uint16_t length)
{
  /*RS485設置為發送模式，準備發送*/
  TEMPCTL_TRANSMIT_ALLOW();
  aiBusRxLength=0;
 
  uint16_t i;
  for(i=0;i/*傳送寄存器不為空，等待傳送結束*/
    while(USART_GetFlagStatus(USART1， USART_FLAG_TXE) == RESET)
    {
    }
    /*寫一個字節到對應的串口傳送數據寄存器*/
    USART_SendData(USART1， instruction[i]);
  }
  Delayms(3);
  /*發送完畢，將RS485改為接收模式準備接收*/
  TEMPCTL_RECIEVE_ALLOW();
  Delayms(20);
}

對于單個的對象我們直接使用其聲明就可：AIbusObjectType aiDev；假設其設備地址為uint8_t addr=0x01。然后調用初始化函數初始化。對于單臺設備則可直接調用：

AIbusInitialization(&aiDev，addr，AiBusSendByte);

而如果是在同一總線上有多個設備，我們也可以將其定義為數組形式。假設有4臺設備，地址我分別為：0x01，0x02，0x03，0x04，則可定義為：

AIbusObjectTypeaiDev[4]；

uint8_t addr[4]={0x01，0x02，0x03，0x04};

然后同樣調用初始化函數初始化：

for(inti=0;i<4;i++)

{

AIbusInitialization(aiDev+i，addr[i]，AiBusSendByte);

}

3.2 、發送操作命令

初始化完成后就可以對其進行真正的操作：讀取或者寫某個參數的值。對于讀參數的值操作則只需要調用讀操作函數來完成：

ReadAiBusDeviceParameter(&aiDev，paraAddr);

而對于寫參數值的操作也只是簡單的調用寫操作函數來完成：

WriteAiBusDeviceParameter(&aiDev，paraAddr，data);

如果是多個對象，與前面一樣操作數組的方式來操作就可以了，再次就不贅述。

3.3 、接收并解析消息

接收消息我們采用串口中斷接收。具體實現如下：

void USART1_ReceiveDataHandle(void)
{
    if(aiBusRxLength>=RETURNING_DATA_LENGTH)
  {
    aiBusRxLength=0;
  }
  /*接收寄存器為空，等待字節被對應的串口完全接收*/
  if(USART_GetFlagStatus(USART1， USART_IT_RXNE) != RESET)
    {  
    /*獲取接收到的字節數*/
    aiBusRxBuffer[aiBusRxLength++] =USART_ReceiveData(USART1);
  }
  }

我們知道接受的消息格式是固定的，我們調用消息解析函數來完成解析：

ParsingReturnData(receiveData，returnData，&aiDev，deviceNum);

其中receiveData是長度為10的uint8_t類型數組。returnData是長度為5的uint16_t類型數組。

4 、應用總結

我們完成了AI-BUS驅動的編寫及應用。我們使用其同時操作4臺溫度控制器。我們操作數組的方式簡化函數的調用過程。當然結果與我們的預期是相符的。

使用本驅動程序操作AI-BUS設備，有一點需要注意：對于不懂的設備類型，參數的具體地址是用所不同的，需要查看廠家的參數定義來操作。