上期我們學(xué)習(xí)了，第一篇MODBUS協(xié)議基本介紹，今天我們來研究第二篇MODBUS RTU傳輸模式介紹。

第二篇 MODBUS RTU傳輸模式介紹

當(dāng)設(shè)備使用 RTU（Remote Terminal Unit）模式在Modbus串行鏈路通信，消息中每個(gè)8位域都是由兩個(gè)十六進(jìn)制字符組成。該模式的主要優(yōu)點(diǎn)是較高的數(shù)據(jù)密度，在相同的波特率下比ASCII模式有更高的吞吐率。RTU模式的每個(gè)報(bào)文必須以連續(xù)的字符流傳送。

RTU模式每個(gè)字節(jié)（11位）的格式

1. 編碼系統(tǒng)：8 位二進(jìn)制，報(bào)文中每個(gè) 8 位字節(jié)含有兩個(gè) 4 位十六進(jìn)制字符（0-9，A-F）。
2. 每字節(jié) bit 流：1 起始位、8 數(shù)據(jù)位，首先發(fā)送最低有效位、1 位奇偶檢驗(yàn)、1 停止位。

偶校驗(yàn)是要求的，其它模式（奇校驗(yàn)、無校驗(yàn)）也可以使用，為了保證兼容性，同時(shí)支持無校驗(yàn)?zāi)Ｊ绞墙ㄗh的。默認(rèn)校驗(yàn)?zāi)Ｊ奖仨殲榕夹ｒ?yàn)。

字符如何串行傳送：

每個(gè)字符或字節(jié)均由此順序發(fā)送（從左到右），最低有效位（LSB）…最高有效位（MSB）。

RTU模式位序列

設(shè)備配置為奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)都可以接受，如果無奇偶校驗(yàn)，就傳送一個(gè)附加的停止位以填充字符幀。

RTU模式位序列（無校驗(yàn)的特殊情況）

幀檢驗(yàn)域： 循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）。

幀描述：

RTU報(bào)文幀

Modbus報(bào)文RTU幀

由發(fā)送設(shè)備將 Modbus 報(bào)文構(gòu)造為帶有已知起始和結(jié)束標(biāo)記的幀。這使設(shè)備可以在報(bào)文的開始接收新幀，并且知道何時(shí)報(bào)文結(jié)束。不完整的報(bào)文必須能夠被檢測(cè)到，而錯(cuò)誤標(biāo)志必須作為結(jié)果被設(shè)置。

在 RTU 模式中，報(bào)文幀由時(shí)長(zhǎng)至少為 3.5 個(gè)字符時(shí)間的空閑間隔區(qū)分。在后續(xù)部分，這個(gè)時(shí)間區(qū)間被稱為 t3.5。

整個(gè)報(bào)文幀必須以連續(xù)的字符流發(fā)送。

如果兩個(gè)字符直接的空閑間隔大于 1.5 個(gè)字符時(shí)間，則報(bào)文被認(rèn)為不完整應(yīng)該被接收設(shè)備丟棄，如圖：

非正常報(bào)文幀

注：RTU 接受驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)，由于 t1.5 和 t3.5 的定時(shí)，隱含了大量的對(duì)中斷的管理。在高速通信速率下，這導(dǎo)致 CPU 負(fù)擔(dān)加重。因此，在通信速率等于或低于 19200bps 時(shí)，這兩個(gè)定時(shí)必須嚴(yán)格遵守；對(duì)于波特率大于 19200bps 的情形，應(yīng)該使用 2 個(gè)定時(shí)的固定值：建議的字符間超時(shí)時(shí)間（t1.5）位 750us，幀間的超時(shí)時(shí)間（t1.5）位 1.750ms。

下圖表示了對(duì) RTU 傳輸模式狀態(tài)圖的描述?！爸髟O(shè)備”和“從設(shè)備”的不同角度均在相同的圖中表示：

1.從“初始”態(tài)到“空閑”態(tài)轉(zhuǎn)換需要 t3.5 定時(shí)超時(shí)：這保證幀間延遲。

2.“空閑”態(tài)是沒有發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文要處理的正常狀態(tài)。

3.在 RTU 模式，當(dāng)沒有活動(dòng)的傳輸?shù)膶?shí)際間隔打達(dá) 3.5 個(gè)字符長(zhǎng)時(shí)，通信鏈路被認(rèn)為在“空閑”態(tài)。

4.在鏈路空閑時(shí)，在鏈路上檢測(cè)到的任何傳輸?shù)淖址急蛔R(shí)別為幀起始。鏈路變?yōu)椤盎顒?dòng)”狀態(tài)。然后，當(dāng)鏈路上沒有字符傳輸?shù)臅r(shí)間間隔達(dá)到 t3.5 后，被識(shí)別為幀結(jié)束。

5.檢測(cè)到幀結(jié)束后，完成 CRC 計(jì)算和校驗(yàn)。然后，分析地址域以確定幀是否發(fā)往此設(shè)備，如果不是，則丟棄此幀。為了減少接收處理時(shí)間，地址域可以在一接到就分析，而不需要等到整個(gè)幀結(jié)束。這樣，CRC 計(jì)算只需要在幀尋址到該節(jié)點(diǎn)（包括廣播幀）時(shí)進(jìn)行。

CRC計(jì)算

在 RTU 模式包含一個(gè)對(duì)全部報(bào)文內(nèi)容執(zhí)行的，基于循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC-Cyclical Redundancy Checking）算法的錯(cuò)誤檢驗(yàn)域。CRC域檢驗(yàn)整個(gè)報(bào)文的內(nèi)容。不管報(bào)文有無奇偶校驗(yàn)，均執(zhí)行此檢驗(yàn)。

CRC 包含由兩個(gè) 8 位字節(jié)組成的一個(gè) 16 位值。

CRC 域作為報(bào)文的最后的域附加在報(bào)文之后。計(jì)算后，首先附加低字節(jié)。然后是高字節(jié)。CRC 高字節(jié)為報(bào)文發(fā)送的最后一個(gè)字節(jié)。

附加在報(bào)文后面的 CRC 的值由發(fā)送設(shè)備計(jì)算。接收設(shè)備在接收?qǐng)?bào)文時(shí)重新計(jì)算 CRC 的值，并將計(jì)算結(jié)果于實(shí)際接收到的 CRC 值相比較，如果兩個(gè)值不相等，則為錯(cuò)誤。

CRC 的計(jì)算，開始對(duì)一個(gè) 16位寄存器預(yù)裝全“1”，然后將報(bào)文中連續(xù)的 8位字節(jié)對(duì)其進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算。只有字符中的 8 個(gè)數(shù)據(jù)位參與到生成 CRC 的運(yùn)算，起始位、停止位和校驗(yàn)位不參與 CRC 計(jì)算。

CRC 生成的過程中，每個(gè) 8 位字符與寄存器中的值異或，然后結(jié)果向最低有效位（LSB）方向移動(dòng) 1 位，而最高有效位（MSB）置 0.然后提取并檢查 LSB：如果LSB 為 1，則寄存器中的值與一個(gè)固定的預(yù)置值異或；如果LSB 為 0，則不進(jìn)行異或操作。

這個(gè)過程將重復(fù)直到執(zhí)行完 8 次移位，完成最后一次（第八次）移位及相關(guān)操作后，下一個(gè) 8 位字節(jié)與寄存器的當(dāng)前值異或，然后又同上面描述過的一樣重復(fù) 8 次。當(dāng)所有報(bào)文中字節(jié)都預(yù)算之后得到的寄存器中的最終值，就是 CRC。

簡(jiǎn)單代碼如下：