基于FPGA的Picoblaze核實現(xiàn)Modbus通信協(xié)議
2 Modbus協(xié)議
2.1 Modbus協(xié)議簡介
Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和其它設備之間可以實現(xiàn)通信。標準的Modbus接口使用RS-232C兼容串行接口,控制器通信使用主從技術,它僅有一個設備(主設備)能初始化傳輸(查詢)。其他設備(從設備)則根據主設備查詢提供的數據作出相應反應。
2.2 串行傳輸模式
在標準Modbus上,控制器可使用ASCII或RTU通訊模式來進行通訊。在本設計采用的是RTU模式。當控制器以RTU模式在Modbus總線上進行通訊時,信息中的每8位字節(jié)可分成2個4位16進制的字符,該模式的主要優(yōu)點是在相同波特率下,其傳輸的字符密度高于ASCII模式,但每個信息必須連續(xù)傳輸。其RTU模式的數據傳輸格式如表1所列。本文引用地址:http://www.j9360.com/article/156522.htm
在RTU模式中,每個字節(jié)格式的編碼系統(tǒng)可以為8位二進制、十六進制0~9和A~F。其數據位包括1位起始位,8位數據(低位先送)、奇/偶校驗時1位/無奇偶校驗時0位、帶校驗時1位停止位/無校驗時2位停止位。本系統(tǒng)的錯誤校驗采用循環(huán)冗余校驗(CRC)。
2.3 Modbus的信息幀
無論是ASCII模式還是RTU模式,Modbus信息都以幀的方式傳輸,每幀有確定的起始點和結束點。表2所列即為RTU模式時的消息幀格式。
使用時,接收設備在信息的起點開始讀地址,并確定要尋址的設備(廣播時對全部設備)以及信息傳輸的結束時間。也可以檢測部分信息,有錯誤也可作為一種結果設定。本文使用的是RTU消息幀。
在RTU模式中,信息開始至少需要3.5個字符的靜止時間。依據使用的波特率,很容易計算這個靜止的時間(如表2中的T1-T2-T3-T4)。之后,第一個區(qū)的數據即為設備地址。各個區(qū)允許發(fā)送的字符均為16進制的0—9,A—F。
網絡上的設備可連續(xù)監(jiān)測網絡上的信息,包括靜止時間等。當接收到第一個地址數據時,每臺設備都立即對它解碼,以決定是否是自己的地址。發(fā)送完最后一個字符號后,也將有一個3.5個字符的靜止時間,然后才能發(fā)送一個新的信息。
整個信息必須連續(xù)發(fā)送。如果在發(fā)送幀信息期間出現(xiàn)大于1.5個字符的靜止時間,則接收設備將刷新不完整的信息,并假設下一個地址數據。
同樣,若在一個信息后立即發(fā)送一個新信息(若無3.5個字符的靜止時間),將會產生一個錯誤。這是因為合并信息的CRC校驗碼無效而產生的錯誤。
RTU方式時,可采用CRC方法計算錯誤校驗碼,即用CRC校驗傳送的全部數據。它會忽略信息中單個字符數據的奇偶校驗方法。
2.4 錯誤檢測方法
標準的Modbus串行網絡采用奇偶校驗和幀檢測兩種錯誤檢測方法,其中奇偶校驗對每個字符都可用,而幀檢測(LRC或CRC)則應用于整個消息。由于本文采用RTU模式進行數據傳輸,故使用CRC校驗方法,它可校驗傳送的全部數據。其具體實現(xiàn)方法如下:
CRC碼為2個字節(jié)/16位的二進制值。通常由發(fā)送設備計算CRC值,并把它附到信息中去;接收設備則在接收信息過程中再次計算CRC值并與CRC的實際值進行比較。若二者不一致,則產生一個錯誤。校驗開始時,先把16位寄存器的各位都置為“1”,然后把信息中的相鄰2個8位字節(jié)數據放到當前寄存器中處理。一般只有每個字符的8位數據用于CRC處理,而起始位、停止位和校驗位不參與CRC計算。
CRC校驗時,每個8位數據先與該寄存器的內容進行異或運算,然后向最低有效位(LSB)方向移位,當用零填入最高有效位(MSB)后,再對LSB檢查,若LSB=1,則寄存器與預置的固定值進行異或,若LSB=0,則不作異或運算。
之后,重復上述處理過程,直至移位8次。最后一次(第8次)移位后,下一個8位字節(jié)數據再與寄存器的當前值進行異或,然后再重復上述過程。全部處理完信息中的數據字節(jié)后,最終得到的寄存器值即為CRC值。
CRC值附加到信息時,低位在先,高位在后。CRC生成的多項式是:。
2.5 功能選擇
本文選擇03讀保持寄存器和06預置單個寄存器來進行重點介紹。
(1)03讀保持寄存器
查詢信息時,寄存器尋址起始地址為0000,寄存器1~16所對應的地址分別為0~15。
響應信息中的寄存器數據為二進制數據,每個寄存器分別對應2個字節(jié),第一個字節(jié)為高位值數據,第二個字節(jié)為低位數據。表3所列是03讀保持寄存器的功能舉例。
評論