学习情境名称

设计物联网通信接口

学习任务名称

设计嵌入式系统中RS485接口（ARM CPU型号S3C2440，RS-485接口芯片型号MAX13085ECSA）

学时

2学时

典型工作过程描述

1. 分析需求—2.制定方案—3.编写代码—4.测试软件—5.验证系统

学习目标

1.分析需求

1.1确定目标；

1.2收集需求信息；

1.3建立需求文档；

1.4验证需求；

1.5更新需求文档；

1.6审核需求文档；

保障措施：保护客户信息，尊重用户隐私，守信用，遵守行业规范，责任意识，持续学习。

2.制定方案

2.1制定设计规范；

2.2设计总体软件架构；

2.3设计功能模块；

2.4设计测试用例；

2.5优化性能；

保障措施：尊重知识产权，保护用户隐私，确保合法性和合规性，尽职尽责，社会责任感。

3.编写代码

3.1确定编程环境；

3.2定义程序结构；

3.3编写初始化函数；

3.4编写主程序；

3.5编写子程序；

3.6 编写驱动程序

保障措施：尊重知识产权，保护用户隐私，提高软件可靠性和安全性，确保合法性和合规性，尽职尽责，提高专业素养，社会责任感。

4.测试软件

4.1审查代码；

4.2分析静态代码；

4.3分析动态代码；

4.4设计测试用例；

4.5测试单元模块；

4.6测试集成性；

保障措施：保护用户隐私，公正客观，确保测试质量，提高专业素养，提高工作效率。

5.验证系统

5.1烧录系统

5.2测试功能；

5.3测试性能；

5.4测试安全性；

5.5测试可靠性。

保障措施：保障系统安全性，避免影响系统运行，确保测试数据的准确性，提高专业素养

任务描述

1.分析需求：

1）确定目标

从项目需求文档及企业《设计嵌入式系统中的RS485接口任务书》等企业资料中获取有关设计嵌入式系统中RS485接口的详细要求，包括通信速率、数据格式、通信协议等信息。

3）收集需求信息

获取嵌入式系统软件硬件平台信息，嵌入式系统开发环境和条件，包括UP-CUP2440硬件平台的硬件规格，RS485接口的类型、引脚定义和电气特性等信息，具体通过阅读《UP-CUP2440实验指导书》，明确RS485接口芯片的型号、参数、收发控制方式及开发工具、编程语言、调试设备、测试方法等平台参数。最后查阅《物联网嵌入式开发技术项目教程》等资料收集整理设计RS485接口通信嵌入式软件参考例程。

4）建立需求文档

根据已收集的信息，撰写设计RS485通信接口嵌入式软件的需求文档，明确通信功能需求、数据格式要求、通信协议需求、可靠性及安全需求等方面的需求，并作具体描述。需求文档应遵循《软件需求说明书规范》。

5）验证需求

搭建仿真环境，使用matlab，simulink及Proteus等数值、程序、电路仿真测试工具模拟UP-CUP2440进行RS485接口通信，对需求进行验证。

6）更新需求文档

若需求有变更或者调整，及时更需求文档，并详细记录变更的内容和原因。

7）审核需求文档

最终完成输出设计RS485接口嵌入式软件需求说明书。

2.制定方案：

1）制定设计规范

首先制定设计嵌入式系统中RS485接口的编程规范，如C、java，Python，汇编等编码规范、代码风格、命名规范等。选择适当的编程语言和通信协议。

2）设计总体软件架构

创建嵌入式系统中RS485接口的软件系统整体架构图，包括模块划分、模块之间的接口定义，确保系统模块化和可扩展性；

3）设计功能模块

查阅《嵌入式linux设备驱动》，完成嵌入式系统RS485通信模块设计，包括硬件接口配置、数据发送和接收等功能，确保通信的可靠性和稳定性；根据需要，设计数据处理模块，对接收到的数据进行解析、处理，确保数据的完整性和准确性。

4）设计测试用例

设计嵌入式系统中RS485接口的测试用例及测试方法，涵盖不同数据发送接收情况、速率变化等；

5）优化性能

最后分析所设计的嵌入式系统RS485接口的通信性能，提出优化方案，包括算法优化、代码优化、减少通信延迟、提高数据传输速率等。

撰写嵌入式系统RS485接口的软件详细设计说明文档，描述模块功能、接口定义、数据结构等。

3.编写代码：

1）确定编程环境

基于UP-CUP2440硬件平台，构建嵌入linux开发环境。使用虚拟机加载的ubuntu系统，选择适当的编程语言，如嵌入式C语言进行程序编写；

2）定义程序结构

设计嵌入式系统RS485接口通信程序的整体结构，包括函数、变量、数据结构等，确保代码清晰易读、模块化和可维护性；

3）编写通信函数

编写RS485接口通信模块的代码，包括初始化嵌入式系统的各个模块（串口、时钟、中断、GPIO、定时器）、数据收发、帧解析等，确保数据能够正确地传输和解析；

4）编写数据处理模块

编写主程序main()，实现嵌入式系统的数据处理功能，对接收到的数据进行解析和处理。若需要，编写错误处理函数，对通信中可能出现的错误情况进行处理和恢复。

5）编写驱动函数

实现与操作系统交互的驱动函数，如注册设备、IO控制、中断处理等。包括定义RS-485的接收和发送函数的相关收发命令标志；RS485接口的收发控制接口函数，以通过应用层传递命令控制字调用收发函数的方式实现数据的收发；设备打开及释放接口函数，以打印相关信息提示；RS485设备文件函数接口，用于应用层调用RS485接口设备文件，实现设备具体操作。

最后输出嵌入式系统RS485接口的完整源代码，确保代码能在UP-CUP2440硬件平台上编译和执行。

4.测试软件：

1）审查代码

根据《嵌入式软件编码规范》，对编写的嵌入式软件代码进行审查，确保代码符合编码规范和设计文档，代码质量高、可读性好；

2）分析静态代码

使用静态代码分析工具，如Splint，Coverity等，检查代码是否存在潜在的缺陷或安全隐患，比如内存泄漏、数组越界、空指针等，确保代码的稳定性；

3）分析动态代码

使用Valgrind，AddressSanitizer等动态代码分析工具，对嵌入式软件代码进行分析，验证代码的执行路径、函数调用关系，以确定代码的正确性和可靠性；

4）设计测试用例

根据RS485接口特性，设计通信的测试用例。每个测试用例应覆盖不同的数据发送、接收情况，以及速率的变化等；

5）测试单元模块

对编写的通信模块和数据处理模块进行单元测试，验证其功能是否正确、边界情况是否处理得当等；

6）测试集成性

最后对嵌入式RS485通信接口整个软件代码的各个模块进行集成测试，确保通信模块、数据处理模块、驱动接口模块协同工作和数据传递的正确性。

生成RS485接口设计的嵌入式软件测试报告，记录测试用例、测试结果和发现的问题。

5.验证系统：

1）烧录系统

通过Makefile重新编译内核，驱动及应用层源码，将更新后的内核通过uboot环境中的tftp重新更新系统，将驱动及可执行文件通过tftp/ftp等网络工具下载到UP-CUP2440嵌入式linux文件系统中，运行系统。

2）测试功能

将RS485接口芯片连接至两个UP-CUP2440硬件平台，确保通信的物理连接正常，进行相互收发的功能测试。需要测试嵌入式RS485通信接口的各个方面，包括数据发送、数据接收、数据处理等，确保其显示运行情况符合用户需求说明书中的要求。

3）测试性能

使用合适的工具，如逻辑分析仪等，测试RS485接口通信的性能，如通信速率、误码率、延迟等，确保系统性能的稳定性。

4）测试安全性

使用万用表检查RS485接口是否存在漏电等情况，检查系统是否存在安全隐患。

5）测试可靠性

对RS485接口进行电气稳定性、抗干扰性、抗振特性测试，确保其在不同环境下的可靠性。

最后输出嵌入式系统RS485接口的验证报告，记录验证过程、测试结果和系统性能等数据。

学时安排

资讯0.2学时

计划0.2学时

决策0.2学时

实施1学时

检查0.2学时

评价0.2学时

对员工的要求

1.分析需求：

1）保护客户信息：员工需要尊重客户的知识产权和商业机密，不得泄漏用户信息或将其用于非法用途。

2）尊重用户隐私：员工需要尊重用户的隐私权，不得在需求分析过程中收集或使用用户的个人信息，同时需要对用户的个人信息进行保护和处理。

3）守信用：员工需要严格遵守合同约定和承诺，确保需求分析过程中的所有工作都是真实可靠的，不得有欺诈行为。

4）遵守行业规范：员工需要遵守相关行业规范和标准，确保需求分析工作的规范性和合规性，同时也需要尊重其他行业从业人员的权益和利益。

5）意识到责任：员工需要意识到自己的职业责任和义务，不仅要满足客户的需求和要求，同时也需要考虑需求分析结果对用户、公司和社会的影响和责任。

6）持续学习：员工需要持续学习和提高自己的专业素养，了解最新的需求分析技术和方法，以及遵守需求分析规范和标准，确保需求分析结果具有可读性、可维护性和可重用性。

2.制定方案：

1）尊重知识产权。员工需要尊重知识产权，不应抄袭或盗用他人的方案、设计或思想。

2）保护用户隐私。员工需要保护用户隐私，遵守相关的隐私法规和规定，确保设计方案中不会收集和存储用户的个人信息。

3）确保合法性和合规性。员工需要确保设计方案的合法性和合规性，遵守相关法律法规和规定，不涉及任何违法活动或行为。

4）尽职尽责。员工需要尽职尽责，认真履行自己的职责，确保设计方案能够满足项目的需求和要求。

5）社会责任感：员工需要有社会责任感，考虑设计方案的社会影响和责任，确保设计方案符合社会道德和法律规范。

3.编写代码：

1）尊重知识产权。员工需要尊重知识产权，不应抄袭或盗用他人的代码、算法或知识产权，以及使用正版软件和工具。

2）保护用户隐私。员工需要保护用户隐私，遵守相关的隐私法规和规定，确保软件不会收集和存储用户的个人信息，以及加密敏感数据。

3）提高软件可靠性和安全性。员工需要提高软件的可靠性和安全性，避免设计和编写存在缺陷的代码，以及避免存在潜在的安全漏洞和攻击。

4）确保合法性和合规性。员工需要确保编写的代码的合法性和合规性，遵守相关法律法规和规定，不涉及任何违法活动或行为。

5）尽职尽责。员工需要尽职尽责，认真履行自己的职责，确保编写的代码能够满足项目的需求和要求，以及及时维护和更新代码。

6）提高专业素养。员工需要不断提高自己的专业素养，了解最新的嵌入式软件编写技术和方法，以及遵守编写规范和标准，确保编写的代码具有可读性、可维护性和可重用性。

7）社会责任感。员工需要有社会责任感，考虑编写的代码的社会影响和责任，确保编写的代码符合社会道德和法律规范，以及不会对用户和社会造成伤害。

4.测试软件：

1）保护用户隐私：员工需要保护用户隐私，遵守相关隐私法规和规定，确保测试数据不会泄露用户个人信息。

2）公正客观：员工需要保持公正和客观，不受个人利益或其他偏见的影响，对待所有测试数据和测试结果都应一视同仁。

3）确保测试质量：员工需要确保测试质量，编写充分的测试方案和测试用例，涵盖所有可能出现的异常情况，以及遵守测试规范和标准。

4）提高专业素养：员工需要不断提高自己的专业素养，了解最新的嵌入式软件测试技术和方法，以及遵守测试规范和标准，确保测试数据具有可读性、可维护性和可重用性。

5）提高工作效率：员工需要通过有效的测试工作流程和方法，提高测试工作的效率和准确性，尽快发现和解决嵌入式软件中存在的问题和缺陷，以确保软件的质量和稳定性。

5.验证系统

1）保障系统安全性：员工需要确保测试过程中系统的安全性，尤其是对于涉及到安全领域的嵌入式软硬件系统，需要严格遵守安全测试规范，确保系统的安全性。

2）避免影响系统运行：员工需要在测试过程中避免对系统的正常运行产生影响，不得擅自修改系统参数、数据等内容，确保测试不影响系统的稳定性和可靠性。

3）确保测试数据的准确性：员工需要确保测试数据的准确性和真实性，不得篡改或伪造测试数据，同时也需要对测试数据进行保密和妥善处理，以防数据泄露和滥用。

4）提高专业素养：员工需要不断提高自己的专业素养，了解最新的嵌入式软硬件测试技术和方法，以及遵守测试规范和标准，确保测试数据具有可读性、可维护性和可重用性。

参考资料

1. 张小恒等. 物联网嵌入式开发技术项目教程[M], 北京: 机械工业出版社, 2023.

2. 北京博创智联科技有限公司. UP-CUP经典2440教学科研平台实验指导书. 北京: 北京博创智联科技有限公司. 2011.

3. 姜先刚, 刘洪涛. 嵌入式Linux驱动开发教程[M], 北京: 电子工业出版社, 2017.

4. GB/T 9385-2008. 计算机软件需求规格说明规范[S]. 北京: 中国质检出版社, 2008.

5. GB/T 28169-2011. 嵌入式软件C语言编码规范[S]. 北京: 中国质检出版社, 2012.