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基于TMS320F2407A DSP的MODBUS通信协议的实现
摘要:Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用协议，通过此协议，控制器相互之间、控制器通过其他网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信，如今MODBUS协议已经成为我国工业自动化网络协议规范的国家标准之一。本文详细讨论MODUBS 在TMS320LF2407A DSP 上的 实现。
关键词:MODBUS, TMS320LF2407A, DSP
一、引言
DSP，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛（Harvard）结构，具有专门的硬件乘法器，采用多级流水线操作，提供特殊的DSP 指令，用来快速地实现各种数字信号处理算法。近年来，随着微电子技术的发展，特别是各种高性能 SOC（System On Chip）的设计水平的提高，各种高度集成化的单片DSP的性能不断提高，相应的软件和开发工具日臻完善，同时价格越来越低，使得DSP在工业自动化领域的应用越来越广泛。
由于DSP功能强大，为了有效管理多任务，以及满足控制或仪表系统的实时性要求，可以使用实时嵌入式操作系统，如目前已经有针对不同DSP的实时嵌入式操作系统的成熟移植方案，而且工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，工业控制器和仪表联网也为网络管理提供了方便，而Modbus就是工业控制器和仪表应用最广的网络协议之一。
二、嵌入式DSP TMS320LF2407A
TMS320LF2407A（以下简称为2407A）是美国德州仪器（TI）公司生产的一款应用于控制领域的高性能定点DSP芯片，是TI 2000系列DSP中应用较成熟的一款, 内核为16位的定点DSP CPU，具有低成本、低功耗、高速运算能力，采用高性能静态CMOS技术，供电电压为3.3V，指令周期可达25 ns，片内集成了多种外设模块及存储器，如集成有串行通信接口 (SCI)、16位的同步串行外围接口(SPI)、符合CAN2.OB规范要求的CAN通信模块以及32K字的FLASH存储器，构成了真正的单芯片控制器，具有很高的性价比。在工业自动化领域已经得到了广泛的应用，如电机数字化控制、测控仪表、运动控制。
MODBUS通信协议
Modbus它是一种真正开放、标准的、免收许可费的网络通讯协议，在工业自动化领域被广为应用。在过去的二十几年中已被大量的应用于自动化控制器和测控仪表中，目前MODBUS协议已经成为我国工业自动化网络协议规范的国家标准之一。MODBUS协议可以使用RS232，RS422，RS485串口作为物理接口。
MODBUS通信使用Master-Slave(主-从)方式，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询），其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应，如图1。需要注意的是MODBUS协议采用“大头”(Big －Endian)传输方式，即先传输数据高字节。本文2407A控制器作为MODBUS Slave设备。
控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种标准的Modbus网络通信，如图2，图3：
MODBUS主要功能代码如下表：
本文MODBUS采用RTU模式。一典型的消息帧如图4所示：
三、MODBUS在2407A上的实现
2407A片内的可编程SCI模块支持CPU与异步外设之间的异步串行数字通信。该SCI接收器和发送器是双缓冲的，每一个都有自己单独的使能和中断标志位，2407A的串口通信可采用查询或中断模式来实现，本文串口通信中数据接收采用中断模式，发送采用查询模式，。串口配置如下表：
串口初始化汇编代码如下：
SCI_INIT:
LDP #0E1H
LACL MCRA
OR #03H ;Output Control Reg A
SACL MCRA ;配置串行口引脚为特殊功能:TXD、RXD
LDP #DP_PF1
SPLK #0067H, SCICCR ;1 停止位,偶校验,8 数据位
SPLK #0003H, SCICTL1 ;接收、发送、内部时钟使能
SPLK #0002H, SCICTL2 ;接收中断使能
SPLK #0002H, SCIHBAUD
SPLK #0008H, SCILBAUD ;波特率 = 9600 bps (40 MHz 系统时钟)
SPLK #0020H, SCIPRI
SPLK #0023H, SCICTL1 ;串口初始化完成
由于2407A在串口通信中接收每帧数据包后，会在接收状态寄存器中相应的BREAK标志位置位，可以很方便通过查询该标志位，判断是否接收了Modbus数据帧，进而对该MODBUS协议数据帧进行解析。MODBUS 协议解析部分可以用C语言实现，下面的C代码为2407A响应MODBUS协议数据帧(函数hr_modbus_request)及读取多个保持寄存器值（函数read4x）的部分代码，其他MODBUS功能代码实现类似。
int hr_modbus_request (unsigned char *msg, unsigned msg_len) {
unsigned ref,no;
if (msg[1] == 3) { /* 功能码为读多个保持寄存器 */
ref = ((msg[2] << 8) + msg[3]); /* 参考地址 */
no = ((msg[4] << 8) + msg[5]); /* 寄存器数量 */
if (0 == hr_read4x(ref, no, &msg[3])) {
msg[2] = no * 2;
return (2+msg[2]);
}
else {
msg [1]= 0x80;
msg[2] = 1; return 2;
}
}
……/* 其他功能码识别类似 */
} int read4x(unsigned ref, unsigned no, unsigned *buf) { /* 读取多个保持寄存器功能 */ if (ref < total_regs && (ref+no) <= total_regs) { memcpy(buf,®[ref],2*no); return 0; } else return 1;
} 通过仿真器把系统程序固化到2407A片内FLASH中，在PC上运行Win-Tech公司的ModScan32软件
（Modbus协议通信Master端软件），读取32个MODBUS协议保持寄存器的值，在9600波特率，0.5s扫描时间间隔下，通信稳定。
四、结束语
TMS320LF2407A为开发人员提供了高性能的数字解决方案，通过在2407A上实现Modbus协议，使得系统具有很好的开放性和通用性。同时在别的嵌入式系统的串口通信的实现上也有很好的借鉴意义。
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