基于LabVIEW的Modbus協議兩種校驗碼的實現方法
加入技術交流群
介紹基于LabVIEW的Modbus協議兩種校驗碼的實現方法，該方法可在基于PC機的測控系統中加以實際運用。
關鍵詞：Modbus協議；LabVIEW；CRC校驗；LRC校驗
下面僅討論與本文有關的Modbus協議的內容。
1.1Modbus協議的數據傳輸方式
Modbus協議定義了兩種數據傳輸方式，即ASCII模式和RTU模式(表1、表2)。控制器可以設置為兩種傳輸方式(ASCII或RTU)中的任何一種，在標準的Modbus網絡中進行通信。用戶可選擇想要的模式，包括串口通信參數(波特率、檢驗方式等)；在配置每個控制器的時候，在一個Modbus網絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數。
1.1Modbus協議的數據傳輸方式
Modbus協議定義了兩種數據傳輸方式，即ASCII模式和RTU模式(表1、表2)。控制器可以設置為兩種傳輸方式(ASCII或RTU)中的任何一種，在標準的Modbus網絡中進行通信。用戶可選擇想要的模式，包括串口通信參數(波特率、檢驗方式等)；在配置每個控制器的時候，在一個Modbus網絡上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數。
?
1.2.1ASCII幀
使用ASCII模式，消息以冒號(：)字符(ASCII碼3AH)開始，以回車換行符結束(ASCII碼0DH,0AH)。
其他域可以使用的傳輸字符是十六進制的0…9,A…F。網絡上的設備不斷偵測“：”字符，當有一個冒號接收到時，每個設備都解碼下個域(地址域)來判斷是否發給自己。
消息中字符間發送的時間間隔最長不能超過1s，否則接收的設備將認為傳輸錯誤。一個典型消息幀如表3所示。
使用ASCII模式，消息以冒號(：)字符(ASCII碼3AH)開始，以回車換行符結束(ASCII碼0DH,0AH)。
其他域可以使用的傳輸字符是十六進制的0…9,A…F。網絡上的設備不斷偵測“：”字符，當有一個冒號接收到時，每個設備都解碼下個域(地址域)來判斷是否發給自己。
消息中字符間發送的時間間隔最長不能超過1s，否則接收的設備將認為傳輸錯誤。一個典型消息幀如表3所示。
?
?
選用ASCII模式作字符幀，錯誤檢測域包含兩個ASCII字符。這是使用LRC(縱向冗余檢測)方法對消息內容計算得出的，不包括開始的冒號符及回車換行符。LRC字符附加在回車換行符前面。?
1.3.2RTU模式
選用RTU模式作字符幀，錯誤檢測域包含一16Bits值(用兩個8位的字符來實現)。錯誤檢測域的內容是通過對消息內容進行循環冗余檢測得出的。CRC域附加在消息的最后，添加時先是低字節然后是高字節。故CRC高字節是發送消息的最后一個字節。
1.4Modbus的數據校驗方式
1.4.1CRC-16(循環冗余錯誤校驗)
冗余循環碼(CRC)包含2個字節，即16位二進制。CRC碼由發送設備計算，放置于發送信息的尾部。接收信息的設備再重新計算接收到信息的CRC碼，比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯。
在進行CRC碼計算時只用8位數據位。起始位、停止位、奇偶校驗位都不參與CRC碼計算。
計算CRC碼的步驟為：
① 預置16位寄存器為十六進制FFFF(即全為1)。稱此寄存器為CRC寄存器。
② 把第一個8位數據與16位CRC寄存器的低位相異或運算，把結果放于CRC寄存器。
③ 把寄存器的內容右移一位，用0填補最高位，檢查最低位。
④ 如果最低位為0：重復第3步，再次右移一位；如果最低位為1：CRC寄存器與多項式A001(1010 0000 0000 0001)進行異或運算。
⑤ 重復步驟③和④，直到右移8次，這樣整個8位數據全部進行了處理。
⑥ 重復步驟②到⑤，進行下個8位數據的處理。
⑦ 最后得到的CRC寄存器的值即為CRC碼。
⑧ 將CRC碼分成高8位和低8位，按低位在先，高位在后，將它們加到傳送數據之后。
1.4.2LRC(縱向冗余錯誤校驗)
LRC錯誤校驗用于ASCII模式。這個錯誤校驗碼是一個8位二進制數，可作為2個ASCII十六進制字節傳送。計算LRC碼時，僅設備地址、功能代碼、數據塊字節參加運算，而冒號(：)、回車符號(CR)、換行字符(LF)不參加運算。具體計算LRC碼的步驟為：
① 需運算的所有字節相加，所得之和丟棄進位。
② 將上步計算出的8位字節取反或由FFH減去該8位字節。
③ 將取反后的值加1即為LRC碼。
接收端判斷接收到的信息是否正確的簡單方法是：將除冒號(：)、回車符號(CR)、換行字符(LF)以外的所有字節，包括LRC碼相加并丟棄進位，若結果為0，則表明信息傳送正確，否則出錯。?
1.3.2RTU模式
選用RTU模式作字符幀，錯誤檢測域包含一16Bits值(用兩個8位的字符來實現)。錯誤檢測域的內容是通過對消息內容進行循環冗余檢測得出的。CRC域附加在消息的最后，添加時先是低字節然后是高字節。故CRC高字節是發送消息的最后一個字節。
1.4Modbus的數據校驗方式
1.4.1CRC-16(循環冗余錯誤校驗)
冗余循環碼(CRC)包含2個字節，即16位二進制。CRC碼由發送設備計算，放置于發送信息的尾部。接收信息的設備再重新計算接收到信息的CRC碼，比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯。
在進行CRC碼計算時只用8位數據位。起始位、停止位、奇偶校驗位都不參與CRC碼計算。
計算CRC碼的步驟為：
① 預置16位寄存器為十六進制FFFF(即全為1)。稱此寄存器為CRC寄存器。
② 把第一個8位數據與16位CRC寄存器的低位相異或運算，把結果放于CRC寄存器。
③ 把寄存器的內容右移一位，用0填補最高位，檢查最低位。
④ 如果最低位為0：重復第3步，再次右移一位；如果最低位為1：CRC寄存器與多項式A001(1010 0000 0000 0001)進行異或運算。
⑤ 重復步驟③和④，直到右移8次，這樣整個8位數據全部進行了處理。
⑥ 重復步驟②到⑤，進行下個8位數據的處理。
⑦ 最后得到的CRC寄存器的值即為CRC碼。
⑧ 將CRC碼分成高8位和低8位，按低位在先，高位在后，將它們加到傳送數據之后。
1.4.2LRC(縱向冗余錯誤校驗)
LRC錯誤校驗用于ASCII模式。這個錯誤校驗碼是一個8位二進制數，可作為2個ASCII十六進制字節傳送。計算LRC碼時，僅設備地址、功能代碼、數據塊字節參加運算，而冒號(：)、回車符號(CR)、換行字符(LF)不參加運算。具體計算LRC碼的步驟為：
① 需運算的所有字節相加，所得之和丟棄進位。
② 將上步計算出的8位字節取反或由FFH減去該8位字節。
③ 將取反后的值加1即為LRC碼。
接收端判斷接收到的信息是否正確的簡單方法是：將除冒號(：)、回車符號(CR)、換行字符(LF)以外的所有字節，包括LRC碼相加并丟棄進位，若結果為0，則表明信息傳送正確，否則出錯。?
遵照1.4.1節中計算CRC碼的步驟進行軟件設計如圖1所示。
評論