reComputer R1000 で rs485 と modbus を使用する方法
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はじめに
本記事では、reComputer R1000 の 485 通信機能の使用方法を主に紹介し、RS485 および Modbus 通信機能をテストします。
始める前に
このプロジェクトを開始する前に、以下に記載されているようにハードウェアとソフトウェアを事前に準備する必要があります。
ハードウェアの準備
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ソフトウェア
- W10 PC で modbus poll を使用します。他の Modbus テストツールを使用することもできます。
- reComputer R1000 および W10 PC で modbusmechanic を使用します。他の Modbus テストツールを使用することもできます。
- W10 PC で mobaxterm を使用します。他のシリアルポートテストツールを使用することもできます。
- reComputer R1000 で以下のコマンドを使用して minicom ツールをダウンロードする必要があります：
sudo apt-get install minicom
ハードウェア構成
このテストでは、RS485 to USB モジュールを使用して reComputer R1000 と W10 PC を接続します。
ModbusTCP の場合、イーサネットケーブルを使用して W10 PC と reComputer R1000 をスイッチに接続し、同じネットワークセグメントに配置します。
reComputer R1000v1.1 で minicom を構成する
注意: RS485 を minicom で使用する前に、こちら のように r1000 ドライバをインストールしてください。
まず、minicom をインストールする
以下のコマンドを使用して、ホストコンピュータと reComputer R1000 の両方に minicom をインストールします：
sudo apt install minicom
次に、minicom を以下のように構成する
Ctrl+Alt+T を押してターミナルを開き、以下のようにコマンドを入力します：
sudo minicom -D /dev/ttyAMA*
ttyAMA* は使用する RS485 に応じて ttyAMA2, ttyAMA3, または ttyAMA4 になります。
その後、Ctrl+A を押してから Z を入力すると、以下のように minicom が表示されます：
o を入力して minicom を構成し、Serial port setup を選択すると、以下のように表示されます：
次に、F と H を入力して minicom を RS485 モードに設定します。結果は以下のように表示されます：
最後に、Exit を選択して Enter を押して構成を終了します。以下のように表示されます：
reComputer R1000 v1.0 に必要なアクション
reComputer R1000 v1.0 では、内蔵の485トランシーバーのDEピンがデフォルトで制御不能になっており、インターフェースは一方向（受信または送信のみ）でしかデータを送信できません。
ハードウェアのリビジョン（v1.0とv1.1）を区別するには、reComputer R1000 V1.1 製品変更詳細を参照してください。
現在、2つの解決策があります。1つはUARTドライバをフックするカーネルモジュールをロードする方法（推奨）で、もう1つはlibgpiodを呼び出してDEピンを制御するアプリケーション層ベースの方法です。ニーズに応じて選択してください。
カーネルモジュールソリューション（推奨）
インストール
まず、カーネルモジュールのソースコードをダウンロードする必要があります。これは独立したリポジトリなので、直接クローンできます。
git clone https://github.com/bclswl0827/r1000v1-rs485-autoflow
cd r1000v1-rs485-autoflow
次に、カーネルモジュールをコンパイルします。
make
コンパイル中にエラーが発生した場合、現在実行中のカーネルに対応するカーネルヘッダーをインストールする必要があるかもしれません。Raspberry Pi OSを使用していると仮定して、以下のコマンドでカーネルヘッダーをインストールできます。
sudo apt-get install linux-headers-$(uname -r)
その後、再度カーネルモジュールをコンパイルしてください。
カーネルモジュールのロード
コンパイルが完了したら、以下のコマンドを実行してカーネルモジュールをロードします。
sudo insmod r1000v1-rs485-autoflow.ko
カーネルモジュールが正常にロードされた場合、カーネルログに以下のメッセージが表示されます。dmesgコマンドで確認してください。
[ 256.037465] r1000v1_rs485_autoflow: RS-485 interface has been hooked successfully
次に、minicomツールを使用してRS485通信をテストできます。他のシリアルポートテストツール（例：picocom）も使用可能です。
カーネルを起動時にロードするには、以下のコマンドを使用してこのモジュールを/etc/modulesファイルに追加します。
echo "r1000v1_rs485_autoflow" | sudo tee -a /etc/modules
モジュールが登録された後、変更を有効にするためにシステムを再起動する必要があります。
sudo reboot
カーネルモジュールのアンロード
カーネルモジュールをアンロードするには、以下のコマンドを実行します。これにより、内蔵のRS485インターフェースは受信専用モードに戻ります。
sudo rmmod r1000v1-rs485-autoflow
DKMSを使用したモジュールの追加
DKMS（Dynamic Kernel Module Support）は、カーネルモジュールのビルドとインストールを自動化するシステムで、複数のカーネルバージョン間でモジュールを管理するのに便利です。DKMSを使用することで、カーネル更新後もモジュールの互換性を維持できます。
以下のコマンドを使用して、このカーネルモジュールをDKMSに追加します。
sudo make dkms_install
このコマンドは、モジュールをDKMSに登録し、コンパイルして現在のカーネルバージョンにインストールします。将来的にカーネルがアップグレードされた場合、DKMSは新しいバージョン用にモジュールを自動的に再ビルドしてインストールするため、手動で再コンパイルする必要はありません。
アプリケーション層ソリューション
スクリプトの使用
- 本記事で紹介した方法に加え、以下のコマンドで実行できるスクリプトも提供しています。このスクリプトは、新しい/dev/ttyxを自動的に作成し、作成されたデバイス番号を使用してrs485/modbus rtu通信を行うことができます。
curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/Seeed-Projects/R1000-RS485-Util/main/setup_rs485.sh | sudo bash
手動設定
まず、Cプログラムをダウンロードし、ReadMeの内容を参照してください。コンパイルして実行します。
git clone https://github.com/Seeed-Studio/seeed-linux-dtoverlays
cd seeed-linux-dtoverlays/tools/rs485_control_DE/
sudo apt-get install libgpiod-dev
gcc -o rs485_DE rs485_DE.c -lgpiod
sudo ./rs485_DE /dev/ttyAMA2 /dev/gpiochip0 6 /dev/ttyAMA10
このプログラムは新しいttyAMAxデバイスを作成します。デバイス番号は、プログラム実行時に入力したパラメータに依存します。
- 上記の例は、1つのRS485インターフェースを使用する方法を示しています。3つの485インターフェースを使用したい場合は、以下のスクリプトを使用して実現できます。
sudo ./rs485_DE /dev/ttyAMA2 /dev/gpiochip0 6 /dev/ttyAMA10 &
sudo ./rs485_DE /dev/ttyAMA3 /dev/gpiochip0 17 /dev/ttyAMA11 &
sudo ./rs485_DE /dev/ttyAMA5 /dev/gpiochip0 24 /dev/ttyAMA12 &
ttyAMA10~ttyAMA12はttyAMA2~ttyAMA5に一対一で対応します。アプリケーションではttyAMA10~ttyAMA12を使用して通常の通信を行ってください（ttyAMA2~ttyAMA5は使用できません。スクリプトで新たに作成されたデバイス番号を使用する必要があります）。
Modbus RTU テストの使用手順
ステップ 1: reComputer R1000 上で以下のスクリプトを入力して minicom ソフトウェアを開きます。
minicom -D /dev/ttyAMAx -b 9600
ここで、-D の後には開きたいデバイス番号を指定し、-b はボーレートを指します。デバイス番号は最初のステップで新しく作成されたデバイス番号である必要があります。その後、W10 PC 上で MobaXterm を開き、新しいシリアルポートターミナルを作成し、シリアルポート番号を選択し、ボーレートを 9600 に設定します。最後に、RS485 を使用して双方向通信を行うことができます。以下の図のように、reComputer R1000 上で入力された内容が RS485 を介して送信されます。W10 PC 上で入力された内容も reComputer R1000 に送信され、双方向通信が正常に行われます。
ステップ 2: RS485 機能をテストした後、Modbus 機能テストを実行できます。このステップでは、reComputer R1000 を Modbus スレーブとしてテストします。reComputer R1000 上で ModbusMechanic ソフトウェアを開き、デバイス番号とボーレートを選択します。その後、左上のシミュレートされたスレーブ機能をクリックして 2 つのコイルを追加します。次に、W10 上で Modbus poll を開き、マスターステーションとしてスレーブステーションのコイルを読み取ります。その後、Modbus poll の表示ウィンドウを開くと、Modbus RTU の送受信メッセージが正常であることが確認できます。
ステップ 3: このステップでは、reComputer R1000 を Modbus マスターとしてテストします。reComputer R1000 と W10 PC の両方で ModbusMechanic ソフトウェアを開き、デバイス番号とボーレートを選択します。W10 PC の設定はステップ 3 を参照してください。reComputer R1000 上で Read Coils(0x01) を選択してスレーブのコイルを読み取り、Slave Node を 1 に設定し、Register で読み取りたいアドレスを選択します。最後に Transmit packet をクリックします。
Modbus TCP テストの使用手順
ステップ 1: Win10 PC と R1000 上で modbusmechanic を開きます。
ステップ 2: R1000 を Modbus TCP ホストとして動作させます。W10 PC 上で Tool => Start Slave Simulator をクリックし、TYPE を TCP に選択し、Slave ID を 1 に設定して Coils を追加します。その後、R1000 に IP を入力し、スキャングループで Read Coil を選択します。Slave Node と Register を入力し、最後に Transmit packet をクリックします。スレーブデータが正常に読み取られたことが確認できます。
ステップ 3: R1000 を Modbus TCP スレーブとして動作させます。設定はステップ 2 を参照してください。R1000 がスレーブとしてデータを正常に読み取れることが確認できます。
R1000 で Modbus TCP スレーブプログラムを実行するには、502 ポートをリッスンする必要があります。これには sudo 権限が必要になる場合があります。アプリケーションが 502 ポートをリッスンできない場合は、権限を追加してみてください。
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