RS485总线是工业应用中非常成熟的技术，是现代通信技术的工业标准之一。RS485总线用于多站互连十分方便，用一对双绞线即可实现，采用平衡发送和差分接收，即在发送端驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出，在接收端接收器将差分信号变成TTL电平，因此具有抗共模干扰的能力。根据RS485标准，传送数据速率达100 kb/s时通信距离可达1200 m。
RS485在嵌入式系统中的应用非常广泛。嵌入式系统可以通过RS485接口来控制终端设备。由于RS485是半双工模式，因此发送和接收的方向切换需要我们的关注和研究。如果方向切换方式选择不好可能会导致RS485驱动能力下降、软件执行效率下降，甚至导致系统异常等问题。
本文分别给出硬件实现RS485方向切换和软件实现RS485方向切换两种方式。两种方式各有优点，硬件方式控制起来比较简单。软件方式的驱动能力更好，但是和嵌入式平台关系比较密切，不同的平台都需要调试和验证。
1 硬件方式控制RS485方向
图1所示为硬件控制RS485的电路图。电路中使用2N7002LT1G MOS场效晶体管把UART_TXD_485这个MCU输出的RS485发送信号逻辑取反后送给RS485芯片的RE/DE PIN脚。控制的原理是，当UART_TXD_485输出低电平时RS485芯片的DE使能;输出高电平时RE使能。默认情况下UART_TXD_485是高电平，RS485芯片处于接收状态。发送数据时，UART_TXD_485上面有高低电平信号变化，低电平信号通过RS485芯片SP3072EENL/TR直接输出，高电平信号通过外部上下拉电阻来控制。
这种方法的优点是控制简单，软件不需要做额外的工作，控制RS485像控制RS232一样。但是这种方法的缺点是驱动能力可能不足，由于这种控制方法没有完全发挥出RS485驱动芯片自身的驱动能力，输出信号依赖于外部上下拉电阻，因此在复杂环境下，譬如很多负载需要控制时，就会存在驱动能力不足的问题。但是在一些简单的环境或者软件实现较复杂的平台下，使用这种方法还是切实可行的。
图1 硬件控制RS485电路图
2 软件方式控制RS485方向
2.1 驱动能力分析
在复杂的RS485控制环境下，用上面介绍的硬件方式来控制RS485的方向会存在比较突出的驱动能力不足的问题。修改上述控制方法，将TTL这一侧的2线控制改为3线控制，就是将收发控制信号不用当前的/TXD来控制，而从主控分出一根GPIO线来控制收发。
按照输出电流计算，3线控制方式相对用2线控制的总线上下拉作为输出的方式，其驱动能力提高了25~50倍(不同厂家不同型号有差异)，如果辅以终端电阻灵活配置的措施，RS485的驱动能力将完全不是问题。表1是两种控制方式驱动能力的对比。
2.2 软硬件环境
图2 软件控制方法中的硬件设计
软件控制方法采用图2的硬件设计，图中很突出的修改是使用MCU的GPIO来控制RE和DE.RS485芯片的供电采用5 V供电，提高驱动能力。RS485芯片的RE和DE控制使用MCU的GPIO输出高低电平来控制。简单来说就是，在RS485进行数据传输时，通过GPIO来控制传输方向。这里采用的MCU是TI公司的DM8168处理器来实现软件的RS485切换功能。软件版本使用UBoot2010.06和linux2.6.37。用软件来实现RS485的收发，尽量要保证执行效率;要达到上面的目的就需要对串口驱动进行调试，使用串口驱动用到的软件资源和串口控制器本身的硬件资源来实现RS485的控制。
表1 软件和硬件控制方式驱动能力的对比
2.3 UBoot代码修改
需要修改的文件：
① board/ti/ti8168/evm.c
② drivers/serial/ns16550.c
③ include/configs/ti8168_evm.h
ti8168_evm.h文件中增加切换宏定义：
#define CONFIG_RS485_DIR_SW 1
evm.c文件中增加切换函数：
void rs485_dir_sw(int rs485_dir){
if (rs485_dir ==0)
_raw_writel(RS485_DIR_MASK, TI81XX_GPIO1_CLEARDATAOUT);
else
_raw_writel(RS485_DIR_MASK, TI81XX_GPIO1_SETDATAOUT);
}
s16550.c串口驱动文件中增加RS485方向控制：
void NS16550_putc(NS16550_t com_port, char c){
#ifdef CONFIG_RS485_DIR_SW
rs485_dir_sw(1);
#endif
……//此处代码省略
#ifdef CONFIG_RS485_DIR_SW
while((serial_in(&com_port->lsr) & UART_LSR_TEMT) == 0)
rs485_dir_sw(0);
#endif
}
其中UART_LSR_TEMT表示发送BUF和移位寄存器为空。默认情况下RS485是接收状态，一旦要发送数据，就把RS485切换为发送状态。发送完数据后，等待发送BUF和移位寄存器为空，然后切换回接收状态，这里无需使用timeout。
2.4 Linux代码修改
需要修改的文件：
① arch/arm/machomap2/bordti8168evm.c
② drivers/serial/omapserial.c
③ include/linux/serial_core.h
serial_core.h文件，UART_port结构体中增加set_rs485_direction函数指针，用于执行RS485的方向切换void (*set_rs485_direction)(int rs485_dir);原本考虑在uart_ops结构体中增加的，但是这个结构体是常量类型，对它不作改动，因此加到了uart_port结构体中。在该文件中添加相关宏定义和函数指针类型用于函数注册：
#define SET_RS485_RX0
#define SET_RS485_TX1
typedef void (*set_rs485_direction_t)(int rs485_dir);//用于函数注册
omapserial.c文件主要做了如下几点改动：
① 添加omap_rs485_dir_fun全局的函数指针。
statIC set_rs485_direction_t omap_rs485_dir_fun[OMAP_MAX_HSUART_PORTS]={NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL}
② 外部驱动利用omap_rs485_dir_fun_reg注册函数对omap_rs485_dir_fun进行赋值。
void omap_rs485_dir_fun_reg(int port_num, set_rs485_direction_t rs485_dir_fun){
if (port_num>=OMAP_MAX_HSUART_PORTS)
printk(KERN_ERR “%s, port_num error max is %d, but %d \\n”, __FUNCTION__, OMAP_MAX_HSUART_PORTS-1, port_num);
omap_rs485_dir_fun[port_num]= rs485_dir_fun;
}
EXPORT_SYMBOL(omap_rs485_dir_fun_reg);
③ serial_omap_probe函数中对控制程序中用到的up->port.set_rs485_direction进行赋值。
up->port.set_rs485_direction= omap_rs485_dir_fun[pdev->id];
④ 默认情况下RS485处于接收状态。
⑤ serial_omap_enable_ier_thri函数中把RS485切换为发送状态。
static incline void serial_omap_enable_ier_thri(struct uart_omap_port *up){
if (!(up->ier & UART_IER_THRI)) {
/* rs485 dir change to tx */
if (up->port.set_rs485_direction != NULL)
up->port.set_rs485_direction(SET_RS485_TX);
……//此处代码省略
}
}
⑥ serial_omap_stop_tx函数中把RS485切换为接收状态。
static void serial_omap_stop_tx(struct uart_omap_port *port){
……//此处代码省略
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