Modbus通信協(xié)議的FPGA實(shí)現(xiàn)

3．3 發(fā)送模塊
發(fā)送模塊包括發(fā)送控制模塊，發(fā)送機(jī)模塊，發(fā)送狀態(tài)寄存器模塊等。
發(fā)送機(jī)模塊是基于普通UART發(fā)送原理設(shè)計(jì)，其發(fā)送過程如下：
(1)等待TDRE=‘1’，即等待發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器(TDR)為空，隨后TDR中載入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，并把TDRE清零。
(2)根據(jù)波特率設(shè)置Sel_baud[1．．0]對(duì)TDR里的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)計(jì)算。
(3)把TDR里的數(shù)據(jù)放入發(fā)送移位寄存器TSR的1～8位，TSR第O位放起始位(‘O’)，TSR第9位放入奇偶校驗(yàn)位或者停止位(‘1’)。
(4)通過對(duì)TSR右移，一位一位地發(fā)送出9位數(shù)據(jù)比特，最后發(fā)送停止位(‘1’)。
3．4 CRC模塊
CRC模塊包括接收CRC控制模塊，發(fā)送CRC控制模塊，CRC產(chǎn)生模塊三部分。

生成CRC的過程為：
(1)將一個(gè)16位寄存器裝入十六進(jìn)制FFFF(全1)，將之稱作CRC寄存器。
(2)將報(bào)文的第一個(gè)8位字節(jié)與16位CRC寄存器的低字節(jié)異或，結(jié)果置于CRC寄存器。
(3)將CRC寄存器右移1位(向LSB方向)，MSB充零，提取并檢測LSB。
(4)如果LSB為0：重復(fù)步驟(3)(另一次移位)；如果LSB為1：對(duì)CRC寄存器異或多項(xiàng)式值0xA00l(1010000000000001)。
(5)重復(fù)步驟(3)和(4)，直到完成8次移位。當(dāng)做完此操作后，將完成對(duì)8位字節(jié)的完整操作。
(6)對(duì)報(bào)文中的下一個(gè)字節(jié)重復(fù)步驟(2)～(5)，繼續(xù)此操作直至所有報(bào)文被處理完畢。
(7)CRC寄存器中的最終內(nèi)容為CRC值。

這種方式計(jì)算CRC值的時(shí)間比其他方式計(jì)算CRC(比如查表法等)的時(shí)間稍微要長，但是它節(jié)省了資源，比如查表法計(jì)算CRC需要一個(gè)數(shù)組來存放所有可能的CRC結(jié)果值。圖5為對(duì)數(shù)據(jù)串“010300000001”(十六進(jìn)制)CRC-16運(yùn)算的仿真時(shí)序圖，時(shí)鐘周期為50 MHz，由圖可見，整個(gè)計(jì)算時(shí)間在2．5 μs內(nèi)，估算一個(gè)含有240個(gè)字符的消息，CRC校驗(yàn)總時(shí)間約為2．5μs×(240／6)=100μs，這樣長的校驗(yàn)計(jì)算時(shí)間對(duì)于Modbus協(xié)議來說是完全可以接受的。

4 基于該接口的MODBUS從站協(xié)處理器實(shí)現(xiàn)
協(xié)處理器框圖如圖6所示。

從站協(xié)處理器控制模塊程序控制過程如下：
(1)置CE_Modbus為‘1’，把MAX485芯片信號(hào)輸出置低，即控制RS 485接口芯片處于接收狀態(tài)。
(2)等待一段延遲時(shí)間(RS 485接口芯片穩(wěn)定時(shí)間)，使能Modbus協(xié)議接口模塊即置CE_Modbus為‘1’，并置接收Modbus協(xié)議幀模式。
(3)如果接收到一個(gè)完整的幀(消息)，則轉(zhuǎn)到步驟(4)，如果沒接收到一個(gè)完整的消息，一直處于等待狀態(tài)。
(4)先置CE_Modbus為‘O’，再解釋接收緩沖寄存器里消息，等待消息處理完畢，如果消息不是發(fā)往該從站或者為廣播消息，則轉(zhuǎn)到步驟(2)；否則把信號(hào)輸出置高，轉(zhuǎn)到步驟(5)。
(5)等待一段延遲時(shí)間，使能Modbus協(xié)議接口模塊即置CE_Modbus為‘1’，并置發(fā)送Modbus協(xié)議幀模式。