基于ARM-Linux系统与组态王Modbus_TCP通讯的研究与实现

第21卷第5期２013年10月

文章编号：1005－1228（2013）05－0044－03

电脑与信息技技术术Vol．No．51210月2013年

Oct．2013

ComputerandInformationTechnology

基于ＡＲＭ－Ｌｉｎｕｘ系统与组态王Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ通讯的研究与实现

陈文辉1，谭才彪1，许文明1，杨艳青2

（1.南华大学湖南衡阳

摘

421001；2.特变电工衡阳变压器有限公司湖南衡阳421007）

要：Modbus/TCP工业以太网是运行在TCP/IP协议栈上的Modbus报文传输协议，组态王（KingView）是国内组态软

件龙头。分析了Modbus/TCP的协议构成及其体系结构和组态王中的莫迪康Modbus/TCP协议，在嵌入式ARM9和Linux操作系统平台上实现了Modbus/TCP协议与组太王6.55的通讯。方案能有效实现工业现场的Arm-Linux系统与组态王的Modbus/TCP通信功能。

关键词：Modbus/TCP；组态王；ARM；Linux；通讯中图分类号：TP368.6

文献标识码：A

ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＭｏｄｂｕｓ／ＴＣＰＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

ＢａｓｅｄｏｎＡＲＭ－ＬｉｎｕｘＳｙｓｔｅｍａｎｄＫｉｎｇＶｉｅｗ

CHENWen-hui1,TANCai-biao1,XUWen-ming1,YANGYan-qing2

（1.UniversityofSourhChina,Hengyang421001,China;

2.TBEAHengyangTransformerCo.,Ltd.,Hengyang421007,China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Modbus/TCPindustrialEthernetisrunningonTCP/IPprotocolstackonthepackettransmissionprotocolofModbus,KingViewistheconfigurationsoftwareleader.AnalysisoftheModbus/TCPprotocolconstitutesitsarchitectureandModiconModbus/TCPprotocolinKingView,andachievetheModbus/TCPprotocolcommunicationsbetweenKingView6.55andembeddedsystemplatformswhichformbyARM9andLinuxoperating.ProgramscaneffectivelyachievecommunicationsbetweenindustrialArm-LinuxsystemandKingViewModbus/TCP.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Modbus/TCP;configurationking;ARM;Linux;communications

以太网上的Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ协议于１９９９年由Ｍｏｄｉ－ｃｏｎ开发及应用，由于拥有硬件成本低廉、使用方便等优势［１］，ＭｏｄｂｕｓＡＳＣＩＩ、ＲＴＵ和ＴＣＰ三种传输方式在工业现场得到了广泛的应用。Ｍｏｄｂｕｓ已由互联网编号分配管理机构赋予ＴＣＰ端口５０２，也是目前唯一的自动化网络端口。目前中国已把Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ作为工业网络标准之一。在国外，Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ被国际半导体业定为网络标准，在国际电力系统、水处理中也把它作为应用的事实标准，未来将还有越来越多行业会作为行业标准［２，３］。

组态王是亚控公司在国内率先推出工业组态软件产品。十余年来，一直是国内通用组态软件的领军品牌，得到市场的广泛赞誉。在当今市场的发展环境下，凭借稳定的性能和良好的服务牢牢占据国内组态软件龙头的地位［４］。

围绕着Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ适用于嵌入式设备实时通信的特点，本文在基于微处理器Ｓ３Ｃ２４４０的嵌入式开发板上，以ｌｉｎｕｘ操作系统为软件平台，实现了Ｍｏｄ－ｂｕｓ／ＴＣＰ与组态王的通讯。

１Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ程序设计与移植

１．１Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ协议帧

ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ协议报文是基于ＴＣＰ／ＩＰ应用层的，在ＴＣＰ／ＩＰ以太网上传输，支持ＥｔｈｅｒｎｅｔＩＩ和８０２．３两种帧格式。如图１所示，ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ数据帧包含报文头、功能代码和数据３部分。

ＭＢＡＰ报文头分４个域，包括传输标志、协议标志、后续字数长度和单元标志，共７个字节，Ｍｏｄｂｕｓ公共功能代码占传输中的一个字节。

１．２Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ协议程序图和寄存器分析

收稿日期：２０１３－０７－０１作者简介：陈文辉（１９８６－），男，湖南省衡阳人，助理工程师，硕士，主要研究方向：智能系统；谭才彪（１９７５－），男，湖南衡阳人，讲师，硕士，主要研究方向：计算机控制。

第21卷第5期陈文辉等：基于ＡＲＭ－Ｌｉｎｕｘ系统与组态王Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ通讯的研究与实现

区００００１，１区１０００１，３区３０００１，４区４０００１＊／

·４５·

ｕ＿ｓｈｏｒｔｒｅａｄ＿ｃｏｉｌ（ｕ＿ｓｈｏｒｔｃｏｉｌ＿ａｄｄｒｅｓｓ，ｕ＿ｓｈｏｒｔｒｅｇ＿ｔｙｐｅ）／＊读Ｃｏｉｌ状态读０区＊／

｛

图１Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ

数据帧格式

ｕ＿ｓｈｏｒｔｉ，ｊ；

ｉｆ（ｒｅｇ＿ｔｙｐｅ＝＝ＲＥＧ＿ＭＯＤＢＵＳ）ｃｏｉｌ＿ａｄｄｒｅｓｓ－＝１；ｉ＝ｃｏｉｌ＿ａｄｄｒｅｓｓ／１６；ｊ＝ｃｏｉｌ＿ａｄｄｒｅｓｓ％１６；ｉ＝＊（ＣＯＩＬ＿ＡＤＤＲＥＳＳ＋ｉ）＆（１＜＜ｊ）；ｒｅｔｕｒｎ（ｉ！＝０）；｝……

在Ｍｏｄｂｕｓ的ＴＣＰ模式中都需要调用Ｍｏｄｂｕｓ实

现函数，函数流程图如图２所示，ｓｗｉｔｃｈ通过功能码选择读写操作。

１．４Ｍｏｄｂｕｓｔ／ＴＣＰ协议移植到ＡＲＭ－Ｌｉｎｕｘ系统

（１）制作Ｍａｋｅｆｉｌｅ文件对ｍａｉｎ．ｃ、ｍｏｎｄｂｕｓ．ｃ、ｓｔｄ＿ｃ．ｈ文件进行ａｒｍ－ｌｉｎｕｘ－ｇｃｃ编译；（２）运行＃Ｍａｋｅｆｉｌｅ生成ｍｏｄｂｕｓＴＣＰ．ｂｉｎ二进制文件；（３）将ｍｏｄｂｕｓＴＣＰ．ｂｉｎ通过串口或网口下载至开发板；（４）运行＃ｃｈｏｍｄ＋ｘｍｏｄｂｕｓＴＣＰ设置权限；（５）运行＃．／ｍｏｄｂｕｓＴＣＰ启动。

２通过Ｍｏｄｂｕｓｔ／ＴＣＰ协议与组态王连接测试

２．１建立组态王工程与配制驱动

为了测试系统协议采用了新版组态王６．５５与系统平台连接。组态王是国内一款十分优秀的组态软件，它内置编程语言、强大网络功能、内置高速历史库和包括了各大厂家产品通讯驱动，使得它在国内外工业控制领域占据了很大市场。测试步骤：

（１）首先新建一个工程，命用为ＭＯＤＢＵＳＴＣＰ；（２）新建一个设备即会打开设备配置向导，选择连接驱动。因为Ｍｏｄｂｕｓ协议最先是由莫迪康公司发明的，所以本控制器上所开发的协议是与莫迪康兼容的，因此，选择莫迪康的Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ协议。

（３）设备配制中设备逻辑名命名为ＡＲＭ９；

（４）设备地址要根据组态网的地址填写格式一致，本次连接设备地址中：“２１０．４３．１２０．７５”为ＡＲＭ－Ｌｉｎｕｘ的嵌入式系统的ＩＰ地址，５０２为Ｍｏｄｂｕｓ／ＴＣＰ的专用自动化端口。配制完成以后，会出现信息总结窗口，如图３所示。

要与控制器进行访问，就要先设定我们要访问的地址。测试时我们向数据库内添加访问变量，其中添加了两个Ｉ／Ｏ离散值，地址分别为００００１和００００２，对应ＩＯ０．０，和ＩＯ０．１；两个Ｉ／Ｏ整型值，地址分别为４０００１和４０００２，对应ＡＩＮ０和ＡＩＮ１。在画面上连接相应变量，

这样就可以将变量值进行直观地输出，如果没有连接

图２Ｍｏｄｂｕｓ协议流程图

以下主要分析控制器内寄存器离散型和整型的读写函数，寄存器名、对应可访问地址、读写属性、访问功能码、数据类型、寄存器范围的关系见表１。

表１Ｍｏｄｂｕｓ寄存器对应地址

寄存器名称

对应读写地址属性

读写

功能码１５２４３６

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