串口9bit通訊模式的高效優化實現
在傳統 UART（串口）通信中，每一幀數據通常包含1位起始位，8位數據位，可以選配的1位奇偶校驗位，以及1位或者2位停止位，可參考下圖的數據幀結構：
在一些特定的應用中，比如多機通信、地址/數據區分等場景中，需要用到串口的9bit通訊模式，該模式下每幀數據會擴展到9位，數據的最后一位為額外的標識位。這個額外的第 9 位可以用于標識數據類型（比如地址/數據區分）或者多機通信中的設備尋址等。可參考下圖的數據幀結構：
串口的9bit模式比較常見的使用方式是當總線上有多個設備時，第一幀數據使用第 9 位標記為“地址幀”，其余設備判斷是否接收。后續幀第 9 位標記為“數據幀”，所有設備按需處理。一般第 9 位為0 表示普通數據，為1 表示特殊命令或地址。
在這種應用模式下，就要求程序先設置為地址模式（即第9位為1），發送第一個地址幀后再切換為數據模式（第9位為0），再發送后續的數據幀。如果用戶每次發送都進行切換的話，一是代碼相對繁瑣，另一點是在應用層切換存在調度機制，可能會讓地址幀與數據幀出現一定的間隔。如果實際的場景對通訊的響應速度有一定的要求的話，在應用層來回切換可能就無法達到要求。
考慮到這一點，英創公司在Linux工控主板的驅動中進行了優化，給要使用9bit通訊模式的用戶增加了一個專用的設置接口。通過這個設置接口，用戶只需在發送數據前進行一次設置，就可以將數據一次性填入，主板會自動以地址幀的模式發送第一個字節，然后切換為數據幀發送后續字節，整個切換流程都是在驅動中自動完成，能夠保證數據之間幾乎沒有間隔。下面就介紹一下具體的使用方法。
專用的設置接口借鑒了原來設置串口參數的方式，在struct termios中的c_cflag指定了一個未使用特殊的值，當驅動檢測到這個特殊值后，就會自動切換地址幀與數據幀來發送填入的數據。這樣就可保持UART串口設置的習慣方式不變。具體設置c_cflag的值方法為：使能CMSPAR位，異或PARODD位，對應的代碼如下（在英創提供的串口例程基礎上修改）：
int CSerial::set_port_bit9()
{
struct termios new_opt;
int status;
tcgetattr(m_fd,&new_opt);
new_opt.c_cflag &= ~(PARENB | CMSPAR);
new_opt.c_cflag |= CMSPAR;
new_opt.c_cflag ^= PARODD;
new_opt.c_iflag |= INPCK;
status = tcsetattr(m_fd,TCSANOW,&new_opt);
if(status != 0)
{
perror("Cannot set the serial bit9");
return -1;
}
return status;
}
int main( int argc,char* argv[] )
{
int i1;
int portno, baudRate;
char Buf[20], cmd;
//打開串口，并設置參數
i1 = m_Serial.OpenPort( portno, baudRate, '8', '1', 'N');
if( i1<0 )
{
printf( "serial open fail\n");
return -1;
}
Buf[0] = 0xaa; //第一個字節為地址
Buf[1] = 0xaa; //后面的字節為數據
//設置9bit通訊模式
m_Serial.set_port_bit9();
//發送填入的數據
i1 = m_Serial.WritePort(Buf, 2);
return 0;
}用戶使用時，如果需要按照9bit通訊模式發送數據，在調用發送前先調用一次封裝好的set_port_bit9()函數設置串口后，再進行發送即可。為了避免做其他設置的時候影響到相關的標志位，建議用戶在調用發送函數前，再調用set_port_bit9()函數設置，然后就立即進行發送。
下圖是測試的波形，使用9bit通訊模式發送了兩個字節（都是0xaa），第一個字節位的第9位（標識位）為1，代表地址或者特殊命令，第二個字節的第9位（標識位）為0，代表正常數據，圖中紅色箭頭指向的就是兩個字節的第9位：
另外可以看到由于是一次性填入的數據進行發送，所以兩個字節之間（第一個字節的停止位和第二個字節的起始位）幾乎沒有什么間隔，能夠保證數據發送的實時性。
我們在主流的產品ESM335x、ESM6800、ESM7000、ESM6200、ESM6400、ESM8000、ESM7400、ESM8400、ESM3568中均已實現該功能，如果對該方案感興趣的用戶，可以聯系英創的工程師獲取詳細的測試例程。