安信可星閃開發板與西門子PLC通信的應用探索

一、星閃技術概述

星閃（NearLink）是一種新型短距離無線通信技術，旨在彌補傳統藍牙和Wi-Fi技術的不足。通過整合5G的關鍵技術，星閃實現了在傳輸速率、時延、距離、安全性和可靠性方面的全面提升。

對于自動化工程師來說，星閃技術的引入可能意味著在工業自動化和智能制造領域內的通信能力將得到顯著增強。星閃的低時延特性能夠支持實時控制系統的快速響應，而高數據傳輸速率則適合于傳輸大量傳感器數據，這對于提高生產效率和系統監控的實時性至關重要。

星閃技術采用了分層的協議棧架構，其中包括基礎應用層、傳輸與網絡層、基礎服務層和接入層。這種分層設計使得星閃能夠靈活地適應不同的應用場景需求，從高速大帶寬的工業環境到低功耗的消費電子產品都能得到良好的支持。星閃接入層，最為特別。它提供了SLB（基礎接入）和SLE（低功耗接入）兩種無線通信接口，分別對應于高速大帶寬（對標Wi-Fi）和低功耗（對標藍牙）兩種不同類型的網絡場景需求。

此外，星閃技術的安全性特征，如128位AES加密和雙向認證機制，為數據安全提供了堅固的保障，這在連接密集的工業環境中尤其重要，能夠有效防止數據泄露和未授權訪問。

綜上所述，星閃技術不僅是一種通信技術的升級，更是向高效、安全、可靠的未來工業和消費電子通信環境邁進的關鍵一步。對于自動化工程師而言，了解和掌握星閃技術將成為提升系統性能和創新能力的重要資產。

請注意，這些信息是根據現有技術的發布資料進行的概括，具體參數可能因實際應用環境和設備而異。星閃作為新興技術，其具體性能參數在實際應用中仍然在驗證和完善中。

這次嘗鮮測試的是安信可星閃開發板，基于華為海思Hi2821，一款32位RISC-V架構的高性能微處理器芯片，核心頻率可達64MHz，支持浮點運算。這款芯片特別適合需要快速處理和高計算精度的自動化及物聯網(IoT)應用。它提供了多種外設接口，包括SPI、UART、I2C、PWM、GPIO、USB 2.0、NFC Tag、PDM、I2S/PCM、QDEC和KEYSCAN，非常適合連接各種傳感器和外部設備，極大地提升了系統的靈活性和擴展性。

在無線技術方面，Hi2821支持最新的BLE5.4和SLE1.0標準，使其能夠在2.4GHz頻段提供優秀的BLE與SLE雙模通信性能。芯片內置的RF模塊包括功率放大器、低噪聲放大器、TX/RX切換以及高級電源管理功能，支持1M/2M/4M三種帶寬，最高傳輸速率可達12Mbit/s，旨在提高能源效率和通信質量。安全性方面，Hi2821搭載了硬件安全引擎，支持AES和SM4加密標準及真隨機數生成器(TRNG)，為數據傳輸提供強化的安全保障。此外，芯片內置了160KB SRAM和512KB Flash，可直接在Flash上運行程序，便于開發者實現復雜的應用程序。Hi2821未來支持的操作系統包括LiteOS和OpenHarmony，提供了靈活的開發和調試環境。這使得Hi2821在多種IoT應用場景中，如智能家居、可穿戴設備、醫療監測等領域，都能夠提供強大的支持，幫助開發者構建高效、低功耗的智能系統?？傊?，Hi2821是面向未來物聯網設備開發的理想芯片，具備高集成度、多功能性和高安全性。

二、華為星閃技術與西門子PLC的應用

在之前的文章中，我們已共同探討了工業系統中融入AI大模型、語音識別技術、文字轉語音功能以及云服務器（基于云監控的B/S架構）的應用。如今，我們將目光轉向另一前沿領域，聚焦星閃技術的探究。

西門子PLC1214利用CM1241模塊（支持RS485/422通信）發送'I AM PLC'數據，隨即這些數據通過MAX485芯片模組從RS485信號轉換為TTL信號。轉換后的TTL信號被傳遞至從站Hi2821模塊，并通過星閃技術與主站Hi2821建立連接。一旦連接建立，主站Hi2821通過串口與電腦相連，電腦上運行的WPF(C#程序)負責讀取串口信息并在用戶界面進行展示。同時，該程序也可以發送'I AM PC'數據回傳至PLC，實現雙向通信。這個整合流程不僅體現了星閃技術在工業自動化中的關鍵作用，而且還顯示了它在尚未完全公開SDK的情況下如何支持數據的可靠傳輸和實時顯示。

在這次的技術嘗鮮探索中，我們遇到了一個特別的提醒：盡管華為的海思Hi2821芯片展現了巨大潛力，但由于其軟件開發套件（SDK）尚未向公眾開放，我們目前只能通過AT指令來控制連接到西門子PLC1214的星閃模組。這意味著我們不能使用LiteOS和OpenHarmony等操作系統進行開發。雖然使用AT指令的方式較為簡單，但這也帶來了一定的局限性——一旦出現bug，我們無法深入調查其根本原因。

接下來我們來一步步實現，首先，在西門子PLC1214實現利用CM1241模塊（支持RS485/422通信）發送'I AM PLC'數據，及接收電腦上運行的WPF(C#程序) 發送'I AM PLC'數據回傳至PLC，實現雙向通信。

首先組態PLC,如下所示：

又因為手上只有CM1241(RS422/485)模塊，所以，需要使用MAX485芯片組轉換成TTL信號。CM1241模塊支持RS422/485通信協議，而RS422/485信號是差分信號，不同于TTL（晶體管-晶體管邏輯）信號，后者是單端信號且通常用于與微控制器等數字電路直接通信。MAX485是一種常用的芯片，它能將RS485差分信號轉換成TTL信號，從而使得不具備RS485直接接口的設備（如某些微控制器）能夠與RS485設備通信。

1、PLC程序編寫

在編寫PLC程序時，我們使用了簡單直觀的梯形圖（LAD）編程語言，并特別使用了SEND_PTP與RCV_PTP這兩種通訊指令。整體程序如下：

使用到通訊中的SEND_PTP與RCV_PTP:

使用AT指令設置從站Hi2821模塊：設置MAC地址及進入從站模式

AT+SLEMAC? //查詢MAC地址

AT+SLEMAC=abcdef000000 //設置MAC地址為abcdef000000（12位）

AT+SLEMODE=0 //進入從站模式

使用AT指令設置主站Hi2821模塊：設置為主站模式并連接從機

AT+SLEMODE=1 //設置為主站模式

AT+SLESCAN //進入主站模式后，掃描附近從站

AT+SLECONNECT=abcdef000000 //連接掃描到的從站MAC地址

2、編寫WPF（C#）程序接收和發送數據

初始化串口:

定義serialPort對象，配置為COM4端口，波特率115200，無奇偶校驗，數據位8，停止位為1。

構造函數 MainWindow():

界面初始化時，調用OpenSerialPort()函數打開串口。

打開串口 OpenSerialPort():

嘗試打開串口，同時設置一個事件處理程序SerialPort_DataReceived，該處理程序在收到串口數據時會被觸發。

如果打開串口時發生異常，會捕獲這個異常并顯示錯誤消息。

數據接收事件 SerialPort_DataReceived():

當串口接收到數據時，讀取數據并獲取當前時間。

在WPF的UI線程中，將接收到的數據和時間添加到一個文本框（假設為SerialDataTextBox）中，以便在界面上顯示。

文本框會自動滾動到最新的消息處。

發送按鈕點擊事件 SendButton_Click():

當用戶點擊發送按鈕時，從一個輸入框（假設為InputTextBox）中讀取要發送的數據。

如果輸入框不為空且串口是開啟狀態，那么將數據通過串口發送出去。

發送后，清空輸入框。

關閉窗口時的處理 OnClosed():

當用戶關閉窗口時，如果串口對象不為空且串口是開啟狀態，則關閉串口，以確保資源被正確釋放。

完整程序如下：

3、操作界面

四、總結

星閃技術的發展得到了產業鏈的支持，出現了如Hi2821這樣的專用處理器芯片，它們集成2.4GHz SoC BLE&SLE，具備高性能微處理器（MCU）、硬件安全引擎以及豐富的外設接口，支持星閃與藍牙雙模共存，同時兼容OpenHarmony等輕量級操作系統，為開發者提供了易于使用的開發工具、AT指令集、固件資源以及開發板等硬件平臺，加速了星閃技術在各領域的商業化應用。綜上所述，星閃技術作為一項中國原生的、具有競爭力的近距離無線通信技術，通過技術創新和標準體系建設，打破了傳統藍牙和Wi-Fi在特定應用領域的一些局限性，為物聯網、車聯網、工業互聯網等場景帶來了更高性能、更安全、更具成本效益的無線連接解決方案。隨著相關產品的不斷推出和生態系統的持續完善，星閃技術有望在全球范圍內產生深遠影響，成為未來短距離無線通信領域的重要力量。

在此特別鳴謝 “博途之友”