嵌入式Modbus／TCP網(wǎng)關(guān)的設計與實(shí)現

　　目前，構成底層控制網(wǎng)絡(luò )的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已獲得了廣泛的應用。多種現場(chǎng)總線(xiàn)標準并存而相互間無(wú)法兼容的問(wèn)題一直困擾著(zhù)工業(yè)界。將工業(yè)以太網(wǎng)應用到現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )已成為當前研究的熱點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展的趨勢。如何使這種網(wǎng)絡(luò )結構與工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)相結合，實(shí)現底層生產(chǎn)與上層管理的緊密集成是當前研究的熱點(diǎn)。

　　1 Modbus協(xié)議及網(wǎng)關(guān)拓撲結構

　　Modbus現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議是Modicon公司于1978年提出的一種現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議[1]。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )和其他設備之間可以進(jìn)行通信。該協(xié)議內容可以免費獲得，因此Modbus的串行鏈路版本在市場(chǎng)上長(cháng)期占有主導地位。大量的產(chǎn)品已直接運行或兼容Modbus串行鏈路版本。

　　Modbus/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議是1999年被開(kāi)發(fā)的Modbus協(xié)議的另一版本[2]，允許用戶(hù)通過(guò)以太網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)設備。協(xié)議的開(kāi)放性及簡(jiǎn)單易學(xué)，使它比很多受商業(yè)利益驅使的協(xié)議取得更快的發(fā)展，受到眾多第三方產(chǎn)品廠(chǎng)商、終端用戶(hù)、系統集成商的廣泛支持[3]。

　　本文設計和實(shí)現了一種嵌入式協(xié)議轉換網(wǎng)關(guān)，通過(guò)Modbus/TCP協(xié)議將傳統的串行鏈路通信的Modbus現場(chǎng)總線(xiàn)與以太網(wǎng)相連。用戶(hù)經(jīng)由以太網(wǎng)對Modbus設備進(jìn)行數據采集并對Modbus設備進(jìn)行遠程訪(fǎng)問(wèn)和控制。同時(shí)網(wǎng)關(guān)還提供Web服務(wù)功能，允許通過(guò)Web瀏覽器直接配置網(wǎng)關(guān)的IP地址等信息并保存到網(wǎng)關(guān)的非易失性存儲器中。圖1是嵌入式Modbus/TCP網(wǎng)關(guān)的連接示意圖。

　　2 網(wǎng)關(guān)總體設計

　　網(wǎng)關(guān)選用了ATMEL公司生產(chǎn)的AT91RM9200高性能 32位工業(yè)級嵌入式微處理器作為網(wǎng)關(guān)硬件系統的核心。網(wǎng)關(guān)的軟件系統將移植μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統和實(shí)現TCP/IP協(xié)議棧，并在此基礎上設計應用層程序。網(wǎng)關(guān)的總體設計結構如圖2。網(wǎng)關(guān)的設計方案將采用開(kāi)放源代碼的嵌入式操作系統和TCP/IP協(xié)議棧，因此在取得較高性?xún)r(jià)比的基礎上可取得最佳的擴展性。

　　3 硬件設計

　　AT91RM9200是著(zhù)名半導體廠(chǎng)商ATMEL力推的一款基于A(yíng)RM920T內核的工業(yè)級嵌入式微處理器，為最大功能、最低功耗、最低成本的嵌入式系統提供了一個(gè)完整的解決方案[4]，它除具備ARM微處理器傳統優(yōu)勢以外，其性能、可靠性和擴展性都大大超過(guò)普通的商業(yè)級ARM7核心的嵌入式微處理器。硬件系統的結構如圖3。