基于嵌入式ARM的MODBU协议的研究与实现1

论文题目:基于嵌入式ARM的MODBU协议的研究与实现专业：电子信息工程学生：孙玉鑫签名：指导教师：孙弋教授签名：摘要电子技术的迅速发展极大的改善了人们的生活，彻底的改变了世界的面貌。在工业控制领域现场总线控制系统（FCS）的出现和发展彻底改变了传统的可编程控制器（PLC）和分散式控制系统（DCS）基本结构。现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使各种并行通信转向串行通信，使系统检测和控制单元的分布更趋合理。Modbus通信协议作为现场总线的一种，具有数据传输量大、可扩展性好、可靠性好等优点，它目前已成为自动控制和通信领域使用非常广泛的通信语言。Linux操作系统以其开源、免费、易于移植,支持众多的处理器而得到了广泛的应用。ARM处理器具有成本低、功耗低、易开发和性能好等特点，其中的S3C2410性价比、可靠性较高可作为本系统的硬件平台。本论文首先介绍了Modbus协议的规范,协议的通信原理以及对协议的具体实现过程。之后对嵌入式Linux操作系统平台的建立、构造以及内核的制作、移植、烧录等过程也进行了的阐述，最后实现了基于RS485接口的Modbus串口编程。【关键字】ARM嵌入式LinuxModbus总线串口通信【论文类型】设计型Title:ResearchandImplementationofModbusProtocolonARM-BasedEmbeddedSystemMajor:ElectronicinformationengineeringName:SunYuxinSignature:Supervisor:ProfessorSunYiSignature:AbstractTherapiddevelopmentofelectronictechnologyhasgreatlyimprovedpeople'slives,completelychangedtheworld.Theemergenceanddevelopmentinthefieldofindustrialcontrolfieldbuscontrolsystem(FCS)completelychangedthebasicstructureofthetraditionalprogrammablelogiccontroller(PLC)anddistributedcontrolsystems(DCS).FieldBusSystemgreatlysimplifiestheworkloadofthetediousandlow-techefforttraditionalcontrolsystemwiring,whichturnsavarietyofparallelcommunicationtoserialcommunication,atthesametimemakesthedistributionofthesystemdetectionandcontrolunitmorereasonable.Asamemberoffieldbus，Modbusprotocolhasbeenwidelyusedinthefieldofautomaticcontrolandcommunicationbecauseofitsgoodcapacityofdatatransmission,anditsexpandabilityandreliability.Linuxisopen-source,free,easytoport,andsupportingalargenumberofprocessors,soitiswidelyused,particularlyintheembeddedfield.ARMprocessorwithitslowcost,lowpowerconsumption,easydevelopmentandgoodperformancecharacteristics,whichS3C2410cost-effective,highreliabilitycanbeusedasthehardwareplatform.First，theModbusprotocolspecification,protocolcommunicationsprinciplesandaspecificimplementationoftheModbusprotocolareintroduced．EmbeddedLinuxoperatingsystemplatform,aftertheestablishment,structureandcoreproduction,transplant,burnandotherprocesseshavealsobeenelaborated,andfinallytoachieveinterfacebasedonRS485Modbusserialprogramming.【Keywords】ARMEmbeddedLinuxModbusBUSSerialCommunication【TypeofThesis】DesignI目录1.绪论.............................................11.1引言..................................................11.2课题研究背景与现状....................................11.3研究内容..............................................21.4论文组织与安排........................................22.MODBUS现场总线综述..............................42.1现场总线的实质和优点..................................42.2MODBUS现场总线协议概述..............................52.3Modbus协议在串行链路上的实现........................62.3.1Modbus串行链路协议OSI模型对应关系.............62.3.2Modbus主站/从站协议原理........................72.3.3两种串行传输模式................................82.4MODBUS应用层协议....................................142.4.1MODBUS功能码.................................142.4.2MODBUS异常响应...............................153.嵌入式硬件平台....................................183.1嵌入式简介...........................................183.1.1嵌入式系统特点.................................183.1.2嵌入式操作系统.................................193.1.3嵌入式的开发过程...............................193.2硬件平台介绍.........................................203.3RS485模块..........................................223.3.1串口基本类型介绍..............................223.3.2串口电路设计.................................233.4系统通讯的拓扑结构...................................244.Linux系统的移植..................................264.1嵌入式Linux的优势..................................264.2Linux系统的移植......................................274.2.1建立交叉编译环境...............................274.2.2Bootloader的设计与实现.........................274.2.3Linux内核的移植................................294.2.4文件系统原理...................................304.2.5Busybox移植...................................31II5.freeModbus的移植.................................335.1FreeMODBUS简介......................................335.2实现FreeModbus协议所需要的软/硬件需求..............335.3freemodbus的移植....................................345.4测试结果............................................376.结论与展望........................................396.1结论.................................................396.2展望.................................................397致谢.............................................408参考文献..........................................4111.绪论1.1引言现场总线是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，按照IEC的解释：现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。它被广泛的应用于制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。现场总线通信标准具有公开、一致的特点，从而使系统具备开放性，设备间具有互可操作性；现场总线功能块与结构的规范化设计使相同功能的设备间具有互换性；现场总线将控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用；节省维护开销；提高了系统的可靠性；现场总线控制系统的出现彻底改变了传统的可编程控制器和分散式控制系统的基本结构。Modbus协议作为通用工业标准的一种，得到了广泛的应用，有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。1.2课题研究背景与现状现场总线正在逐步的替代分散控制系统，但目前现场总线的成本较高，并不是所有设备都能一下子改用现场总线控制系统。但是随着技术的进步，现场总线成本的下降，再加上之前的控制系统的各种瓶颈，现场总线正在迅速的增长。目前多种现场总线竞争激烈，可编程控制器和分散式控制系统还仍在很多方面发挥着主导作用。然而在应用工程方面，各行业的现场总线应用工程发展迅速，但现在尚无全能的现场总线。Modbus通信协议具有数据传输量大、实时性好、侦错能力强等优点，它目前已成为自控和通信领域使用非常广泛的通信语言。Modbus应用协议不断拓展，已经将串行链路、高速令牌网络、WebSever、TCP／IP等关键技术引入到M