基于FPGA的Picoblaze核實(shí)現Modbus通信協(xié)議

在RTU模式中，每個(gè)字節格式的編碼系統可以為8位二進(jìn)制、十六進(jìn)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(shí)1位／無(wú)奇偶校驗時(shí)0位、帶校驗時(shí)1位停止位／無(wú)校驗時(shí)2位停止位。本系統的錯誤校驗采用循環(huán)冗余校驗(CRC)。
2．3 Modbus的信息幀
無(wú)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(diǎn)和結束點(diǎn)。表2所列即為RTU模式時(shí)的消息幀格式。
使用時(shí)，接收設備在信息的起點(diǎn)開(kāi)始讀地址，并確定要尋址的設備(廣播時(shí)對全部設備)以及信息傳輸的結束時(shí)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(kāi)始至少需要3．5個(gè)字符的靜止時(shí)間。依據使用的波特率，很容易計算這個(gè)靜止的時(shí)間(如表2中的T1-T2-T3-T4)。之后，第一個(gè)區的數據即為設備地址。各個(gè)區允許發(fā)送的字符均為16進(jìn)制的0—9，A—F。

網(wǎng)絡(luò )上的設備可連續監測網(wǎng)絡(luò )上的信息，包括靜止時(shí)間等。當接收到第一個(gè)地址數據時(shí)，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(gè)字符號后，也將有一個(gè)3．5個(gè)字符的靜止時(shí)間，然后才能發(fā)送一個(gè)新的信息。
整個(gè)信息必須連續發(fā)送。如果在發(fā)送幀信息期間出現大于1．5個(gè)字符的靜止時(shí)間，則接收設備將刷新不完整的信息，并假設下一個(gè)地址數據。
同樣，若在一個(gè)信息后立即發(fā)送一個(gè)新信息(若無(wú)3．5個(gè)字符的靜止時(shí)間)，將會(huì )產(chǎn)生一個(gè)錯誤。這是因為合并信息的CRC校驗碼無(wú)效而產(chǎn)生的錯誤。
RTU方式時(shí)，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(huì )忽略信息中單個(gè)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(wǎng)絡(luò )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(gè)字符都可用，而幀檢測(LRC或CRC)則應用于整個(gè)消息。由于本文采用RTU模式進(jìn)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(shí)現方法如下：
CRC碼為2個(gè)字節／16位的二進(jìn)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(guò)程中再次計算CRC值并與CRC的實(shí)際值進(jìn)行比較。若二者不一致，則產(chǎn)生一個(gè)錯誤。校驗開(kāi)始時(shí)，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(gè)8位字節數據放到當前寄存器中處理。一般只有每個(gè)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(shí)，每個(gè)8位數據先與該寄存器的內容進(jìn)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(jìn)行異或，若LSB=0，則不作異或運算。
之后，重復上述處理過(guò)程，直至移位8次。最后一次(第8次)移位后，下一個(gè)8位字節數據再與寄存器的當前值進(jìn)行異或，然后再重復上述過(guò)程。全部處理完信息中的數據字節后，最終得到的寄存器值即為CRC值。
CRC值附加到信息時(shí)，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(gè)寄存器來(lái)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。
(1)03讀保持寄存器
查詢(xún)信息時(shí)，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(jìn)制數據，每個(gè)寄存器分別對應2個(gè)字節，第一個(gè)字節為高位值數據，第二個(gè)字節為低位數據。表3所列是03讀保持寄存器的功能舉例。