开源小芯片可以把 RS485 当作全双工使用，支持 50Mbps

dukedz · 发表于2023-12-25 11:43

开源小芯片可以把 RS485 当作全双工使用，支持 50Mbps [复制链接]

本帖最后由 dukedz 于 2023-12-26 15:47 编辑

我们知道，RS485 物理层是半双工，即便总线上只有两个节点，譬如一台 PC 和一个设备，设备也不能主动发数据给 PC，因为可能会和 PC 下发的数据冲突。

这也是为什么 RS232 始终不能被 RS485 所取代的主要原因，除了不能全双工，其它方面 RS485 都要比 RS232 优秀很多，譬如更远的距离、更高的速度、可以连接更多节点、更加抗干扰。

然而，现在可以通过这个小芯片，在半双工的 RS485 总线上，为任意两两节点之间，虚拟出全双工专线。

譬如总线上有 A B C D 四个节点，A B 之间可以随意互发数据，C D 之间也可以，A C 之间也可以，不会出现数据冲突的问题。
而且支持组播通讯：A 同时发数据给 C 和 D. 以及支持广播：譬如 A 同时发送数据给 B C D, 然后 B C D 还可以同时回复数据给 A.

芯片的原理其实很简单，它是一个 SPI 转 UART 控制器，UART 端是有指定的数据包格式的（原地址、目标地址、数据长度共 3 字节头 + 用户数据 + 2 字节 CRC 结尾），芯片 UART 口可连接 RS485 接口芯片，控制 RS485 的收发，SPI 口则连接用户 MCU。

此 UART 控制器引入了 CAN 总线的仲裁功能，只不过收发是按照标准的串口 8N1 格式（一个启始位，8 个数据位，一个停止位，无校验位）。

在 RS485 上进行收发的时候，会通过包头第一个字节进行仲裁（第一个字节是发送方的地址），按位回读进行非破坏性仲裁，让优先级最高的节点优先使用总线，而低优先级的节点，数据会延后自动重传。

发送首字节时 RS485 是半驱输出，因为回读有延迟，速率建议不超过 1Mbps。
由于 RS485 支持全驱输出，所以从第二个字节开始，可以用更高的传输速率，此芯片速率可以达到 50Mbps（类似 CAN FD 的双速率，但由于 CAN FD 的高速部分依然是半驱输出，所以速率比较受限）。
在需要兼容传统串口的场合，使用仲裁模式时，需要让高速部分的速率和低速部分保持相同。

此芯片同时还支持另一种模式，可以全程使用高速波特率，同样可以把 RS485 当全双工使用 - Break Sync 模式。

原理也不复杂，总线空闲一段时间后，若某个节点想发送数据，需要先发送一个 break 字符（连续 10 个 bit 为 0 的特殊串口字符）。

break 字符在这里的功能是让总线退出空闲状态，而且若有多个节点同时发送 break 字符，也不会有不良影响。

等总线重新进入空闲后，每个节点等待不同的时间发送数据，优先级越高的节点等待的时间越短。由于各节点等待时间不同，所以不会发生数据冲突。
此模式适合节点数相对较少的总线，节点数多了，最大等待时间就会变长，影响效率。

除了以上两种对等通讯模式，还支持传统全双工和传统半双工模式，可以当作普通的串口扩展芯片使用。

芯片源码和细节说明：https://cdbus.org （中文版可参见附件中文数据手册）
CDBUS 的 IP 核 FPGA 用户可以免费商用。

芯片手册：