RT-Thread-【N32G457 】基于RT-Thread和N32G457的DMX512控制器RT-Thread问答社区

【N32G457 】基于RT-Thread和N32G457的DMX512控制器

发布于 2022-03-25 23:38:50 浏览：1429 订阅该版

[tocm]

### 应用场景

嵌入式开发的第一步-点亮小灯.这些年点过许多种灯,但是当灯的功率比较大且传输距离较远的时候单纯的时候GPIO方式驱动就显得不那么现实了.因此需要使用一些手段,在现场灯光控制领域常用的协议之一就是DMX512,常见的还有DALI啥的.

#### DMX512概述

> 物理层使用单向EIA-485差分信号(E1.11有区别).单点总线拓扑,菊花链方式连接.
>
> DMX512在1986年由USITT(美国剧院技术研究所)委员会开发.并在1990年进行了修订.即最广泛的DMX512-1990版本
>
> 1998年,ESTA(娱乐服务技术协会)修订并成为ANSI标准.即E1.11 DMAX512A(2004年ANSI才批准)
>
> 2008年再次修订即E.11-2008.
>
> [TSP (esta.org)](https://tsp.esta.org/tsp/documents/published_docs.php)
>
> [DMX512-A - wiki.openlighting.org](https://wiki.openlighting.org/index.php/DMX512-A)

- 基于RS485总线,差分电平,抗干扰能力强
- 控制器周期性发送全部数据(无论是否变化)
- 250000bps,4us/bit
- 数据无需安全保护,没有校验机制
- 数据单向传输(主机向子机发送,子机从不会发送任何消息)
- 数据长度不定长,最长257字节

| Name                       | time             | Note              |
| -------------------------- | ---------------- | ----------------- |
| Break                      | 88us(88us~1s)Low |                   |
| MAB(Mark After Break)      | 8usHigh(4~12us)  |                   |
| Start Bit                  | 4bitLow          |                   |
| SC(Start Code)             | 44usLow          | 即0x00            |
| Stop                       | 8usHigh          |                   |
| MTBP(Mark time after slot) | 0~1sHigh         | packet间隔,可忽略 |

- 一个slot包含11bit(Start bit+8bit Data+Stop) 共计11us
- 一个packet包含Break+MAB+SC+512slot+MTBP,MTBP=0时,共计22.6ms即44.1Hz(slot数量可以减少,此时频率会提升)
- 本质上SC就是一个数据位为0x00的slot(不算在512内),通常称之为第0帧/第0通道.
  - 当使用9N1串口时,SC发送时第9bit为0,其余数据的第九bit均为1
- 每个slot称为一个通道,当一个芯片具备一个通道时,最多可接512个芯片/灯;当RGB灯具每个芯片具备3个通道,则可接170个灯.

> 一些说明
>
> - 电脑灯多具备十多个甚至几十个功能,因此将占用多个通道.此时需要按照对应灯具的说明书调节每个通道的功能.比如通道3为流水灯的速度0关闭255最快等等.
> - 协议定义接口为XLR-5(5芯卡农接口),其中1GND,23A,45B.虽然本质上DMX512仅需要3芯即可.早期协议上将45定义了故障检测等功能但正式版本弃用.很多厂商将写码线和电源正连接在4/5上,使用前需要参考具体灯具定义.还有一个原因是,与灯光经常一起使用的音响等设备多使用三芯卡农接口,为了防止施工人员不小接错而导致设备损坏.
> - 负载数量,根据协议定义最多只能控制32个负载,即使通道还有剩余.多余的设备应使用DMX分配器来对信号进行中继.普通的灯条芯片没有此限制(起码我测试的都没问题),电脑灯等设备没有测试条件.这点其实是RS485电路驱动能力限制的.
> - 终端电阻,DMX中称为终端器.实际上就是120R1W的负载电阻.原因同上,与RS485原理有关.
> - DMX512-A支持了双向传输,用于传输灯具错误等.
> - DMX512A支持8针接口如8P8C/RJ45.标准公布之前很多制造商就开始使用RJ45,但是引脚排列有差异.
> - DMX以太网协议ACN支持通过Wifi传输,但是不太稳定.
> - DMX512A-2004增加SIP包(系统信息包)来提升可靠性(实际上很少使用),但是此版本协议成为RDM协议的基础.

DMX512A不常见,洗墙灯等室外灯具还是DMX512协议较多.舞台灯具采用DMX512的升级版本RDM协议的较多.RDM是个很有趣的协议,其中RS485网络自组网的方式值得一看.

国内厂商常见的基本都是基于DMX512-1990版本进行各种花式魔改协议,还引申出不同厂商不同的写码控制协议等等.DMX512-1990部分,国内厂商版本多支持500Kbps.写码协议这部分不同厂商甚至不同芯片的协议都有一定差异,项目选型前一定要了解好.魔改内容就多了,电流设置,PWM配置,上电效果,伽马等等,甚至还有支持转发的.实际测试国产芯片现场并不受限于上述标准协议中规定的速率/传输距离/通道数量.

PS:遇到过某个国内厂商不提供写码协议的,还得签保密协议各种限制啥的.

#### DMX512-1990与DALI总线区别

- DMX512表现的是动态效果,DALI表示的是静态效果;
- DMX512只要用于舞台灯光,DALI只要用于室内照明;
- DMX512是单向通信,DALI是双向通信,可以查询解码器的状态;
- DMX512协议简单,DALI协议复杂,共有200多条协议,不同的灯具还具有特殊功能的扩展协议,
- DMX512采用RS485作为通信总线,DALI采用低压载波方式作为通信总线,总线最大可以提供250mA的电流给DALI设备使用.
- DMX512帧结构简单,符合串行通信UART数据结构,普通有UART口的单片即可以实现, DALI帧结构采用曼切斯特码,分前向帧和返回帧,不同帧数据位数不相同,需要采用普通单片机模拟通信.
- DMX512波特率250K bit/S,DALI波特率1200 bit/s.
- DMX512采用一主多从的结构,最多可以512台从机地址,DALI也是一主多从,最多可以64台从机地址,(DALI也可以实现多主多从结构,具体可以搜索我发表过的<DALI总线系统多主发送的实现>文章);
- DMX512总线需要采用差分线材,手拉手总线形结构,最长距离达1.2公里,DALI采用普通的2x1.5mm线材,支持手拉手总线和星形结构,最长距离为300米,并要求最远两端的总线电压降不能超过2V.
- DMX512最大刷新率44帧/秒(动态效果),分组,场景,渐变时间等参数都是储存在主机中,主机工作量大,DALI没有刷新率(静态效果),分组,场景,渐变时间等参数都是储存在从机解码器中,在调试完成了,主机可以撤离.
- DMX512地址设置为手动方式,DALI地址设置可以手动或由主机自动分配.
- DMX512分组数视主机而定,DALI为固定,最多16个组.
- DMX512场景数视主机而定,DALI为固定值,最多为16个场景.

总结了下国产常见IC的功能表,篇幅有限,后面的没有截到.可以看到实际功能差异很大,具体应用时,一定要看规格书.
![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220328/62447596b217bcbb6e191c3db7243c57.png.webp)

### 实现功能

#### 开发环境

- IDE: IAR-8.40.2
- Tools: Jlink V11.0
- RTT-nano

#### 硬件框架

只需要一个TX引脚,使用USART2的TX(PA2)引脚给RS485即可.由于DMX512-1990是单工仅发送因此RS485只需发送即可.

#### 软件框架
- 上电设定灯具地址,默认无需设定.不同厂商的写码协议不同.这里仅支持UCS512.
- 循环发送DMX512数据帧,数据帧按照`芯片数x芯片通道数`按顺序排列.本例使用UCS512芯片灯具,每个芯片占用4个通道即RGBW(不同灯具这个顺序可能不同),灯具共有10个芯片(疫情封控,就背了两个点回来,有个效果就行了)
- Shell 支持写码.由于就拿回来两个点,因此将地址线剪断来重复写码测试.

### 演示效果

#### 图片
逻辑分析仪抓取数据:
![DSView-220327-173222.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220328/38ee7d89e43d636b641dd70f24890bd6.png)
灯条展示
![微信图片_20220327173901.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220328/22a4a40d371bc5b3c3c9041ab66fb3ac.jpg.webp)
![微信图片_20220327173907.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220328/1fc2bc7a4e50a4ff5717bf4964679954.jpg.webp)
![微信图片_20220327173912.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220328/ecfc080a38f45553d8a6d29a53bae303.jpg.webp)
PS:最开始了解国民技术还是安全加密芯片,因此顺路测试了一下加密库,457这颗没有非对称还是很可惜的.家里没有示波器,没法较为准确的测量算法速率,因此这部分就不演示了.使用J-SCope打印了TRNG值,数据随机性还不错.MD5和SHA256本身消耗不大,没有明显测试到差异.DES安全性已经被证实不可靠就没有测试.AES硬件仅支持EBC,CBC和CTR,实际应用中EBC不安全,推荐使用CTR模式或者与GMAC组合成GCM来提升通信数据安全性.国密算法手里没有优化好的软件算法,因此没有测试.其实还偷摸在公司办公室测试了下高低温和抗干扰.

#### 视频
Just turn on the light.
实在没必要,研究了好一会,实在想不到录个啥玩应.索性就不弄了,反正我想测试的功能都测试了.

#### Gitee
[Gitee](https://gitee.com/onlyloveonlyu/nation-rtt)