Схемы, платы, компоненты

Главный вопрос, шина это именно шина, или может быть кольцом. Второй главный вопрос, единственный арбитр (мастер), нет арбитра, или мульти-мастер. Судя по "конфигурация может быть разной", кольцо организовать становится сложным (но не невозможным -- нужно как-то обеспечить пропуск сообщений на следующий модуль при отсутствии данного). Преимущество кольца в отсутствии коллизий. В варианте именно шины коллизии неизбежны во всех случаях, кроме варианта с единственным арбитром. Последний вариант не очень хорош тем, что все модули будут опрашиваться в каком-то порядке, ключевое слово "опрашиваться", т.е. от запроса до ответа неизбежна значительная задержка вызванная временем отклика ПО, что вызывает существенное снижение пропускной способности шины (и к тому же практически не зависит от скорости передачи, а зависит от скорости реакции ПО). Либо нужно как-то синхронизировать время на всех модулях и реализовывать передачу с разделением во времени, каждый модуль в своём тайм-слоте. Кроме того, ещё важный вопрос -- отсутствие кварцевого резонатора. Все варианты асинхронной передачи требуют его наличия. Автоподстройка возможна, но скорей упирается опять же в ПО -- только для относительно простых модулей, способных выделить на автоподстройку значительный ресурс процессорного времени, только в условиях отсутствия искажений в канале связи, к тому же. Тут пишут про низкие скорости в бодах. Они вызваны искажением сигнала в канале передачи для интерфейса RS-232, где волновое сопротивление передатчика и приёмника не согласовано с кабелем. При скоростях порядка 9600 бит/сек эффекты вроде отражений сигнала, межсимвольной интерференции и т.п. при любых разумных расстояниях становятся не существенными, впрочем как и ёмкость кабеля уже не влияет. Для "токовой петли" или согласованного трансмиттера (RS-485, RS-422, RS-423) это уже не существенно. Но пока не доходит до шины. Если шина именно шина, т.е. проводник с двумя выраженными концами на которые можно установить терминаторы, то всё ок. Но обычно оканчивается звездой, где лучи имеют неравные длины (да и ещё некоторые модули могут отсутствовать по условию задачи), то в таком варианте с согласованием всё плохо. Спасают только маленькие расстояния. Ещё вопрос контроля скорости потока. Передающая сторона может передать данных больше, чем принимающая успевает обрабатывать. Варианты: аппаратное квитирование, протокол наподобии HDLC, передача строго по запросу (отсутствие потоковых данных, что иногда неудобно). В случае кольца проблема усугубляется тем, что каждый модуль обязан передавать данные всех других модулей и их просто может быть много (модуль не будет успевать копировать данные в другой UART, хотя здесь может помочь просто ограничение скорости передачи на более низком уровне). Оптическая развязка в ситуации, когда все модули находятся внутри одного прибора и питаются от общего источника питания не нужна. Её любят вспоминать люди которые не решили и не поняли своих проблем и занимаются решением задачи путём чистого шаманства. Про RS-485 тут уже много раз написали, добавить нечего. MBedder любит поминать то ли RS-422 (симплекс, дифф. приёмник, передача лог. уровнем), то ли RS-423 (симплекс, дифф. приёмник и передатчик). На них шину как есть не построить (верней, получится RS-485 с сопутствующими ей сложностями). Но на базе RS-422 (423 по-моему избыточен, 422 позволяет сэкономить на передатчике) можно построить кольцо. В кольце каждый модуль транслирует всё принятое со входа на выход (другой UART) попутно добавляя свои сообщения. Таким образом нет проблемы коллизий и сообщения передаются с минимальными задержками (нет ожидания, впрочем есть задержка на копировании данных из одного UART в другой -- оценочно на несколько десятков байт на модуль, и разумеется она увеличивается в случае вставки модулями своих сообщений). Для регулирования вставки сообщений (хотя скорей будет более удобен вариант, когда модуль вставляет сколько хочет, с разумными лимитами) возможен вариант наподобии применённого в Token Ring -- маркерный доступ. Это когда арбитр периодически запускает в кольцо сообщение говорящее о том, что после него возможна вставка сообщения от такого-то модуля. Но нужно как-то решать проблему обеспечения работы в отсутствии модуля. В принципе модуль мог бы выдавать, когда подключен, сигнал, отключающий мультиплексор, соединяющий RX и TX модуля (для сквозной передачи в его отсутствии). Мультиплексор должен размещаться где-то на материнской плате, условно говоря. Недостатком кольца является полная неисправность при отказе любого одного модуля, низкая надёжность (ввиду зависимости от всех разъёмных соединений в совокупности). В частности прошивка через кольцо если и возможна, то "вслепую" (нет ответов от очередного прошиваемого модуля) и строго по порядку их включения. В случае разнородных модулей это может быть неудобно. Преимуществом -- низкая задержка сообщений, дуплекс, асинхронные приём и передача (без подтверждений), высокая помехозащищённость (дифф. приёмник может быть полноценно согласован с волновым сопротивлением шины). Разумеется в кольце нужен пакетный режим передачи, чтоб каждый модуль понимал границы сообщений (пакетов) посланных другими модулями при осуществлении вставки. Равно как и чтоб было возможно восстановление на границе пакета в случае нарушения целостности данных. Кроме того, пакет должен иметь как минимум адрес назначения и контрольную сумму., На мой взгляд для работы в таком режиме подходит хорошо HDLC-подобный протокол, к сожалению отличающийся высокой сложностью. В качестве простой альтернативы можно передавать текстовые строчки, содержащие в начале адрес модуля и контрольную сумму в конце, с условно-произвольным содержанием. Если при этом каждый модуль не будет вырезать свои сообщения и передавать их дальше по кольцу, то на входе RX арбитра будут собраны сообщения от всех модулей и арбитра в том числе, что удобно для анализа и наблюдения за работой.