基于linux 的多功能网关的设

　　1 引言

　　随着世界范围内网络和信息技术的日趋成熟，在工业通信和自动化应用中日益采用以太 网和TCP/IP 协议作为最主要的通信接口和手段，向网络化、标准化、开放性方向发展将是 各种控制系统技术发展的主要潮流。然而，采用串口进行通信的现场设备仍然大量存在，且 必将在相当长的一段时间内存在。因此，在串口设备和工业以太网之间就需要有一个桥梁， 来消除工业现场中的“信息孤岛”。

　　Modbus/TCP 是Modbus 的延伸，它基于以太网和标准TCP/IP 协议，直接应用第四层。 它定义了一个结构简单的、开放和广泛应用的传输协议，用于主从式通信。Modbus TCP/IP 基本上用简单方式将Modbus 帧嵌入TCP 帧，是一种面向连接的传送，它需要响应。在TCP 帧中使用开放的Modbus 提供了一种系统规模可伸缩的方案，由10 个节点到100 个网络节 点。Modbus TCP/IP 在工业现场得到了广泛的应用，是目前工业以太网通信的事实上的标准。

　　本文以 MOXA 的嵌入式工控机UC7402-LX 为平台，在深入研究MODBUS通信协议的 基础上，设计了一款多功能网关，既可以实现MODBUS/TCP 与MODBUS/RTU 的双向转换， 同时也可以实现MODBUS/TCP 与自定义串口通信协议的双向转换。

　　2 硬件平台简介

　　MOXA UC7402-LX 采用Intel Xscale IXP-422 266Mhz 处理器，内嵌Apache 网页服务器 支持PHP 和XML，低功耗和无风扇的设计使其结构紧凑，非常适合在工业环境当中使用。 MOXA UC7402-LX 配备有2 个10/100 Mbps 网口和8 个可通过软件设置的RS-232/485/422 串口，并预装有linux系统。

　　3 MODBUS 协议

　　MODBUS是 MODICNO公司最先倡导的一种通信协议，经过许多公司的实际应用，逐渐被认 可，成为一种应用于工业控制器上的标准通信协议，由于其功能比较完善而且协议开放，因此，被广泛应用于工业现场，在微机化测量设备之间实现双向串行多节点数字通信。它连接 单个分散的测量控制设备，使之可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系 统，具有分散控制、使用简单、简化系统结构、数据易于处理、节约硬件设备、易于安装和 维护等优点。

　　3.1 MODBUS RTU

　　MODBUS有两种串行传输模式，即RTU模式和ASCII模式。RTU模式以十六进制传送数据， 每个8bit字节包含两个4bit的十六进制字符。而ASCII模式是将一个字节分为两个ASCII字符 发送。因而在同样的波特率下，RTU模式比ASCII模式具有更高的吞吐率。大多数工业控制器 采用RTU模式。

　　MODBUS RTU的报文帧和字节长度如表1所示，报文总是由起始位、设备地址、功能码、 数据域、校验域和结束位组成。

　　3.2 MODBUS TCP

　　Modbus TCP 只是在 TCP/IP 协议的基础上进一步进行了modbus 报文的封装，其数据帧 如图1 所示，包含了报文头，功能代码和数据三部分，其中MBAP 报文头各域及所占字节长 度如表2 所示。