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技術(shù)專(zhuān)題
嵌入式系統(tǒng)的主從通信模型中的重要注意事項(xiàng)
嵌入式系統(tǒng)的主從通信模型中的重要注意事項(xiàng)
完成嵌入式系統(tǒng)的工作原型可能需要幾周或幾個(gè)月的時(shí)間。有時(shí)我會(huì)花幾天時(shí)間在項(xiàng)目的單個(gè)部分上。但是，當(dāng)老板每天都在尋找更新時(shí)，這可能會(huì)特別分散您的注意力并阻礙您的工作效率。當(dāng)我開(kāi)始設(shè)計(jì)公司時(shí)，我學(xué)會(huì)了不要在團(tuán)隊(duì)中重復(fù)這些錯(cuò)誤。
像人類(lèi)一樣，嵌入式系統(tǒng)（如modbus從站和modbus主站）具有各種形狀和大小，更重要的是具有不同的功能和能力。除了響應(yīng)命令鏈中更高級(jí)別的控制器之外，嵌入式系統(tǒng)還需要有效地執(zhí)行其其他任務(wù)。這包括監(jiān)視輸入，計(jì)算和轉(zhuǎn)換值。它還必須提供可靠的更新或處理命令。當(dāng)嵌入式系統(tǒng)不斷受到來(lái)自另一個(gè)控制器的請(qǐng)求的干擾時(shí)，它的效率就會(huì)降低。在某些情況下，這可能導(dǎo)致它崩潰而沒(méi)有警告。
主從式嵌入式系統(tǒng)通信如何工作
嵌入式系統(tǒng)相互通信的最簡(jiǎn)單方法是通過(guò)主從結(jié)構(gòu)。在這里，將單個(gè)嵌入式系統(tǒng)指定為主服務(wù)器，并負(fù)責(zé)啟動(dòng)與與其連接的嵌入式系統(tǒng)的通信。主從通信模型在通過(guò)通信接口傳輸消息的方式上具有可預(yù)測(cè)的模式。從控制器不允許發(fā)送任何數(shù)據(jù)包，除非主控制器請(qǐng)求它們。
我使用主/從配置的最新項(xiàng)目之一是用于橡膠制造機(jī)器的監(jiān)控系統(tǒng)。在每臺(tái)機(jī)器上都安裝了一個(gè)傳感器監(jiān)視控制器，以使用各種傳感器監(jiān)視其運(yùn)行周期。主控制器連接到所有傳感器控制器，并使用非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)收集的數(shù)據(jù)。
設(shè)計(jì)主從嵌入式系統(tǒng)的重要注意事項(xiàng)。
看起來(lái)很簡(jiǎn)單，如果無(wú)法解決以下設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，則可能導(dǎo)致部署后出現(xiàn)問(wèn)題。
1.微處理器的處理能力
通常，主控制器和從控制器由具有不同處理能力的微控制器供電。主控制器通常由比從控制器更強(qiáng)大的微控制器供電。從控制器通常執(zhí)行特定任務(wù)，例如監(jiān)視傳感器輸入或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，因此為它們配備中等或較低范圍的微控制器是有意義的。
正在為主控制器編寫(xiě)代碼的程序員必須避免因狀態(tài)更新要求而過(guò)于頻繁地中斷從屬模式。由于它們的處理能力有限，因此中斷可能會(huì)使從控制器不堪重負(fù)。如果從控制器未設(shè)計(jì)為處理大量請(qǐng)求，則它可能會(huì)遇到內(nèi)存或堆棧溢出并崩潰。
2.限制從控制器的數(shù)量。
從理論上講，您可以將主設(shè)備與它們的通信接口標(biāo)準(zhǔn)允許的從控制器連接起來(lái)。例如，RS458最多可將32個(gè)設(shè)備連接到單個(gè)連接。但是，在實(shí)踐中，您將要考慮在單個(gè)通道上連接大量從屬控制器對(duì)信息檢索速度有什么影響。例如，從屬控制器需要10毫秒來(lái)響應(yīng)請(qǐng)求。如果有31個(gè)從屬控制器，則下一個(gè)周期將花費(fèi)310毫秒從同一控制器接收更新。如果主控制器要求以更快的速度刷新更新，則需要限制連接到單個(gè)通道的從控制器的數(shù)量。
3.冗余設(shè)計(jì)
以主從方式配置的嵌入式系統(tǒng)通常使用單根電纜連接，該電纜從一個(gè)控制器循環(huán)到另一個(gè)控制器。這種多點(diǎn)布線方法簡(jiǎn)單且成本低廉，但如果電纜斷裂，也會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)處于危險(xiǎn)之中。例如，在第五個(gè)和第六個(gè)從屬控制器之間斷開(kāi)的電纜會(huì)減少主機(jī)與前五個(gè)從屬控制器的通信。
在關(guān)鍵應(yīng)用中，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員和設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮將主控制器到環(huán)路中最后一個(gè)從控制器的冗余連接作為備份。如果主控制器檢測(cè)到電纜中可能有斷線，則可以激活備用連接以恢復(fù)通信。