【应用】698协议CRC校验时间过长？那是三相表缺少此MCU

时间： 2017-02-19 来源：世强作者：木木

技术问答

【摘要】RL78/G13系列MCU内部集成EEPROM和RTC时钟，支持按键检测功能，非常符合三相表中的采集器或集中器的要求。该系列MCU提供了硬件计算CRC校验方式，极大地缩短了CRC校验时间，减小了CPU的负担，对任务的调度、运行功耗的降低等具有极大的作用。

国网三相电表的信息传输过程主要为电表—采集器—集中器。其中采集器是微处理器控制的智能设备，是集抄系统的主要设备之一，其采集多个电表数据，通过RS-485通信电缆与集中器通信，向集中器传送所记录的用户表计数据及状态。而集中器除了具有采集器能直接从电表获取数据的功能外，还可支持低压电力线载波通信等向主站发送数据。

无论是采集器还是集中器，都需要使用EEPROM进行数据存储和时钟芯片进行计时控制，还需要支持按键输入检测等辅助功能。瑞萨RL78/G13系列MCU内部集成EEPROM和RTC时钟，支持按键检测功能，而且按键检测模块支持多个按键的中断控制，其所具有的特性都符合采集器或集中器的要求。

通讯作为采集器和集中器的桥梁，占用了MCU的大部分资源，因此，芯片需要能支持485通讯协议以及国网电表协议。瑞萨RL78/G13系列的R5F100PL 总线时钟为32MHZ，内部有512K ROM，32K RAM，完全可以满足国家电网协议的设计资源要求。其8通道的SPI总线和IIC总线可实现与其它模块的协同通讯，而4通道的UART用以实现RS485通讯协议以及与GPRS模块等的通讯。图1为RL78/G13 R5F100PL的结构框图。

图1：RL78/G13 R5F100PL结构框图

电网常见的RS485主要通讯协议采用MODBUS通信协议，MODBUS协议的信息帧如图2所示，其由初始结构、地址码、功能码、数据区、错误校检16位CRC码以及结束结构的数据结构组成。16位CRC校验需要根据一帧信息的数据进行计算并得出。从通讯数据量较大且比较频繁的国网电力698协议中可知，CRC计算将耗去MCU较多的资源。

图2：MODBUS协议的信息帧

通常的CRC计算方式分为查表法和直接计算法，查表法能较大缩短CRC校验的时间，也是目前主流的设计方法。然而查表法仍然需要占用较多的MCU资源，同时其准确性也需要通过测试来认证。而瑞萨RL78 系列MCU提供了新的设计方法——硬件计算CRC校验方式，其可极大缩短CRC校验时间，节省MCU资源。该系列MCU的高速硬件16-BIT CCITT CRC通过了IEC60730标准的要求,不但可以计算整个ROM区的数据CRC，512us即可完成64KB数据的CRC计算；而且可以针对单串数据进行CRC计算，仅需要对寄存器进行写值、读值指令即可完成计算。整个流程如下图所示。

图3：CRC-16 CCITT高速硬件计算模块

1）能够计算单个字节的校验；
2）对其他数据（如传输数据）进行CRC检查；
3）符合CCITT算法（x16+x12+x5+1），方便用于RS485 MODBUS通讯协议；
4）集成CRC计算模块，超快计算速率（一个时钟周期内完成一次计算）；
5）循环输入8位字符，结果保存为16位字符。

如上所述，R5F100PL所提供的整个CRC-16计算流程，只需要在循环内进行赋值、读值指令即可完成。它能极大地缩短CRC校验时间，从而减少485通讯过程的数据准备时间，减小了CPU的负担，对任务的调度、运行功耗的降低等具有极大的作用。

RL78系列MCU的功能：
• 32MHz运行（2.7V至5.5V 105°C）
• 66uA/MHz
• 0.92uA@32.768kHz HALT模式，RTC、WDT、LCD工作
• 0.57uA@STOP模式，RTC、WDT、LCD工作
• 内部硬件乘除法器
• 高速片上振荡器（±2%在40至105°C温度范围）
• CPU：32MHz，周：64MHz（定时器RD）
• 片上调试功能
• 功能安全支持ECC
• ADC和串行接口可在STOP模式下操作
• 内置硬件RTC

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