基于Picoblaze软核的Modbus通信协议设计

息后立即发送一个新信息（若无3.5个字符的静止时间），将会产生一个错误。这是因为合并信息的CRC校验码无效而产生的错误。

　　RTU方式时，可采用CRC方法计算错误校验码，即用CRC校验传送的全部数据。它会忽略信息中单个字符数据的奇偶校验方法。

　　2.4 错误检测方法

　　标准的Modbus串行网络采用奇偶校验和帧检测两种错误检测方法，其中奇偶校验对每个字符都可用，而帧检测（LRC或CRC）则应用于整个消息。由于本文采用RTU模式进行数据传输，故使用CRC校验方法，它可校验传送的全部数据。其具体实现方法如下：

　　CRC码为2个字节／16位的二进制值。通常由发送设备计算CRC值，并把它附到信息中去；接收设备则在接收信息过程中再次计算CRC值并与CRC的实际值进行比较。若二者不一致，则产生一个错误。校验开始时，先把16位寄存器的各位都置为"1"，然后把信息中的相邻2个8位字节数据放到当前寄存器中处理。一般只有每个字符的8位数据用于CRC处理，而起始位、停止位和校验位不参与CRC计算。

　　CRC校验时，每个8位数据先与该寄存器的内容进行异或运算，然后向最低有效位（LSB）方向移位，当用零填入最高有效位（MSB）后，再对LSB检查，若LSB=1，则寄存器与预置的固定值进行异或，若LSB=0，则不作异或运算。

　　之后，重复上述处理过程，直至移位8次。最后一次（第8次）移位后，下一个8位字节数据再与寄存器的当前值进行异或，然后再重复上述过程。全部处理完信息中的数据字节后，最终得到的寄存器值即为CRC值。

　　CRC值附加到信息时，低位在先，高位在后。CRC生成的多项式是：。

　　2.5 功能选择

　　本文选择03读保持寄存器和06预置单个寄存器来进行重点介绍。

　　（1）读保持寄存器

　　查询信息时，寄存器寻址起始地址为0000，寄存器1～16所对应的地址分别为0～15。

　　响应信息中的寄存器数据为二进制数据，每个寄存器分别对应2个字节，第一个字节为高位值数据，第二个字节为低位数据。表3所列是03读保持寄存器的功能举例。

表3 读保持寄存器的功能举例

　　（2） 预置单个寄存器

　　该寄存器在查询信息时，寄存器寻址起始地址为0，寄存器1所对应的地址为0。请求的预置值位于查询数据区。寄存器内容被预置后，返回正常响应。表4所列是06预置单个寄存器的功能举例。

表4 预置单个寄存器的功能举例

　　3 程序设计

　　首先，程序设计时要明确所实现的Modbus协议的功能，并且要确定传输模式和错误校验方法。本文主要是实现Modbus协议中的03读保持寄存器和06预置单个寄存器的功能，并选用RTU模式进行通讯，使用的是CRC错误校验方法。

　　其次，要熟悉Picoblaze核的结构、编程方法及指令集，同时确定要使用的寄存器编号和I＼O接口，文本的编辑器中使用汇编指令编写程序，并以。psm格式保存。

　　然后，要使用Kcpsm3进行编译综合并将已经编写好的程序（.psm）转换成。vhd格式。具体操作时，首先要将程序（。psm文件）保存到Kcpsm3文件夹下面的Assembler文件夹下，然后设置一个.txt文件，以用来保存编译后的结果（如result.txt）。这样，打开result.txt文件就可以在最下面发现程序是否出错，如果出错，系统应提示相关错误；如果程序无误，则会显示success。这样，就可以在Dos环境下使用Kcpsm3编译器。图3所示是本系统的软件程序流程图。图4给出了其相关命令图。

图3 本系统的软件程序流程图

图4 由psm文件转换成ROM格式vhd文件

　　接下来，便可使用ISE下载综合，以将刚生成的。VHD文件添加到工程中。然后再生成工程文件，这样，等运行结束后，就可以下载程序了。

　　最后，可以通过一个安装好的Modbus上位机程序Modbus Poll来检测数据传输的正确性，再选择要实现的功能、地址和寄存器，并写入数据，之后便可选择发送，其发送后的结果如图5所示。一切就绪后，便可将数据写到相应的地址。

图5 发送后的结果

　　4 结束语

　　本文研究了工业上常用的Modbus通讯协议的基本通信方式，并基于Xilinx Spartan-3E FPGA的Picoblaze软核实现了RTU模式的Modbus通信协议。实验证明，该方式的收、发双方通信良好，可以达到预计效果。从而证明，该设计方法具有一定的实用性。