开源小芯片可以把 RS485 当作全双工使用，支持 50Mbps

dukedz

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：

cdctl01a_datasheet_v1.1_cn.pdf (486.16 KB, 下载次数: 202)

2023-12-26 18:12 上传

点击文件名下载附件

cdctl01a_datasheet_v1.1.pdf (420.93 KB, 下载次数: 165)

2023-12-26 18:12 上传

点击文件名下载附件

相关的开源项目摘选：

半自动桌面视觉贴片机 CDPNP： https://github.com/dukelec/cdpnp
（开源贴片机视频： https://www.bilibili.com/video/BV1cj411Y7qQ/ ）

CDFOC 无刷电机 FOC 控制器： https://github.com/dukelec/cdfoc

CDSTEP 步进电机控制器： https://github.com/dukelec/cdstep

CDCAM 串口摄像头： https://github.com/dukelec/cdcam

CDBUS-BRIDGE（USB 转高速 RS485）： https://github.com/dukelec/cdbus_bridge

CDBUS-GUI 开源串口上位机，支持参数配置、波形显示、IAP 升级： https://github.com/dukelec/cdbus_gui

luosifu

读了手册，感觉这是东西能帮CPU省下不少处理数据协议的工作，省了不少人力。这公司能提供免费的FPGA核，还允许商用，这点挺牛的。在GitHub上看到它的Verilog源码了。

崂山清茶

这个芯片真心不错  帮顶宣传。

lw86

232与485根本就不是一回事，不存在什么替代不替代的，232和485的传输方式和电平都不一样，232是非平衡传输，负电压表示逻辑“1”，正电压表示逻辑“0”，485是平衡传输，与485相似的全双工通信方式是422，485总线是2线，收发都通过这二根线，所以只能半双工通信，422总线是4线，二根收，二根发，所以能全双工

luosifu

485仍然是半双工，这个东西改变不了485物理层的特性，而是类似于一个协议控制器，相当于一个类似SJA1000的器件。

dukedz

luosifu 发表于 2023-12-29 08:13
485仍然是半双工，这个东西改变不了485物理层的特性，而是类似于一个协议控制器，相当于一个类似SJA1000的 ...

是的，没错，串口总线也可以和 CAN 总线一样使用了
标题写的是“当做”，而不是把物理层变为全双工
正文也写的是“虚拟出全双工专线”

MF35_

dukedz 发表于 2023-12-29 09:56
是的，没错，串口总线也可以和 CAN 总线一样使用了
标题写的是“当做”，而不是把物理层变为全双工
正 ...

实际上就是芯片帮你缓存发送数据，当总线空闲的时候发出，实际上这个工作软件也能完成，使用485总线的软件设计都是需要缓存发送数据的

dukedz

MF35_ 发表于 2023-12-29 12:59
实际上就是芯片帮你缓存发送数据，当总线空闲的时候发出，实际上这个工作软件也能完成，使用485总线的 ...

当总线空闲的时候发出

如果两个节点，都判断当前总线空闲，然后同时发出数据呢？数据不就冲突了。

zhxzhx

dukedz 发表于 2023-12-29 16:02
如果两个节点，都判断当前总线空闲，然后同时发出数据呢？数据不就冲突了。

485 可以检测自己发出去的数据是不是正确,发现不对,回避一个随机时间再发,很简单的事情

dukedz

zhxzhx 发表于 2023-12-31 10:31
485 可以检测自己发出去的数据是不是正确,发现不对,回避一个随机时间再发,很简单的事情

首先，如果两个节点同时发数据，由于线上电阻存在，通讯线两端的电平是不同的，所以两个节点收到的数据和自己发出的数据可能是一样的。也就是说即便发生冲突，单方面也很可能检测不出来。除非不使用全驱，只使用半驱，这样又会对通讯速率等方面有不良影响。（顶楼芯片仲裁模式的策略是低速半驱仲裁，之后高速全驱传输数据，兼顾仲裁和速率。）

传统做法不是判断能否正确接收自己发出的数据，而是直接看对方能否正确回覆自己的消息，如果超时没收到回覆，则等待随机时间，再重新传输。
然而没收到回覆，可能是对方没收到命令，也可能是对方的回覆出错，处理起来也要考虑。

这种超时后等待随机时间的方式，只能在数据量不大的场合，而且毫无实时性可言。冲突本身对接口芯片也有一定的伤害（尽管短期不会损坏），以及短路电流会干扰其它电路。软件处理也很麻烦且容易出错。

zhxzhx

dukedz 发表于 2023-12-31 12:49
首先，如果两个节点同时发数据，由于线上电阻存在，通讯线两端的电平是不同的，所以两个节点收到的数据 ...

我说的方法,是485的标准做法,485当初就是这样设计的,只是现在没有多少人这样用,它的检测单位是 位,不是字节,也不是一帧数据

也就是说即便发生冲突，单方面也很可能检测不出来。
如果检测不出来,那这个就是正确的.