基于SPI外设的BISS协议

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IncoYang 发布时间：2020-7-4 01:27

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做电机控制的，就不免会跟编码器（本人是做编码器研发）打交道，ST的电机库也一直支持增量编码器做速度环控制，随着位置环控制的需求，特别是在机器人关节应用的兴起，迫切需要驱动器能能增加对绝对值编码器的支持，通常地讲，绝对值编码器的信息通常是以数据协议的方式给出，主要有两种方式，一种是时钟驱动下的同步数据传输，尤以SSI协议和BISS-C协议为代表，它是在驱动器（主机）的时钟来临时，编码器（从机）要立即锁存位置数据（或者还需要采集sin/cos，计算角度等，有些还需要计算CRC）发出，另一种是命令驱动下的异步数据传输，常见于日系的编码器协议，该协议属于半双工通信，通常是驱动器发命令请求数据，然后释放总线的控制，编码器器随后也是准备好数据发出，它的硬件层基于RS485，异步传输的一个要求是时钟要比较精准，相对灵活，因为不同的命令报文提供了对编码器的多种访问可能性。BISS-C协议作为此贴的主题。

BISS-C协议本质上是同步通信，硬件实现上可以采用SPI的外设加持，对应于SPI的模式（CPOL=1，表示idle电平为高，CPHA=0，表示下降沿采），有一点区别的是BISS-C的传输位数可以任意，而SPI通常都是以字节的倍数，为了利用SPI外设接收数据，可以要求数据的位数是字节的倍数。第二个不同的是，BISS-C允许编码器有一段时间处理和准备数据，此时编码器会维持一段可变时长的ACK低电平，因此驱动器需要考虑这个因素，增加裕量的时钟个数，完美的BISS-C主机实现是会探测start bit，从而会保持有效数据位的时钟个数，换句话说，每一帧的时钟个数不一定完全一样，这点对SPI来说比较难，因为SPI的时钟个数需要预先配置，不过这也可以克服，前提是发多余的时钟保证有效数据的传输，同时在数据末端也会收到垃圾数据，需要在程序处理，只要判断出start bit的位置，往后截取规定的数据长度即可。

了解了它们的共同点，显而易见的方法就是把驱动器的SPI按照规定的模式配置成主机，启动SPI读数据，程序过滤出数据，听起来很简单，殊不知，这样做并不可靠，隐藏着隐患。SPI是常用于电路板内芯片之间的通信，它可以做得非常可靠，因为芯片之间的参数全都可以固定。但是驱动器与编码器之间的通信已经跨越出这个范畴，往往需要线缆来连接，因此，通信频率，线缆的材质，长度，跟温度变化的特性，板子上的线驱动芯片的延时等等这些参数都会不同，因此存在这样的情况，驱动器这边的时钟发出，到编码器端的时钟已经产生了延时，编码器是看到“当地”的时钟上升沿发送数据，下降沿时数据是稳定的，而数据串传到驱动器这边时，会发现驱动器“当地”的时钟沿已经跟采集数据的时刻已经发生了变化，而SPI主机只会用“当地”的时钟沿来采数据，可能就会发生错位，采错（也就是上升沿时刻才是正确的采集数据的时刻），有些情况下可能改配置貌似可以，有些情况下是任何一个配置都时对时错，何况其他因素的变化都会导致通信的不可靠。因此，单纯的简单地利用SPI外设模拟BISS-C协议并不总是奏效，或者说存在隐患。
只要揪出同步问题，多加2路定时器，就可以完美解决上述问题，打字太累了，感兴趣的朋友可以留言私聊。