基于STM32的Modbus-Profibus網(wǎng)關(guān)的軟件實(shí)現(xiàn)

李洲山

（西安建筑科技大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

隨著信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，各種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)應(yīng)用廣泛而且各有優(yōu)缺點(diǎn)[1]，從而出現(xiàn)了多總線(xiàn)共存的現(xiàn)象。然而，不同現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之間的不兼容性給用戶(hù)帶來(lái)極大的不便。因此，不同總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)議集成逐漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，文章正是基于這樣的狀況，選擇了國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的Modbus總線(xiàn)和Profibus-DP總線(xiàn)作為研究對(duì)象，主要從總線(xiàn)時(shí)序方面研究了兩種協(xié)議之間的雙向轉(zhuǎn)換過(guò)程。在Profibus-DP總線(xiàn)側(cè)，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊作為從站與PLC主站進(jìn)行通信，在Modbus總線(xiàn)一側(cè)，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊作為主站向Modbus從站設(shè)備寫(xiě)入命令并讀取從站數(shù)據(jù)。通過(guò)本文開(kāi)發(fā)的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊用戶(hù)能夠?qū)odbus從站設(shè)備快速組態(tài)到Profibus-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，有助于增強(qiáng)Modbus的組網(wǎng)能力，在工程應(yīng)用中可以縮短工程周期，降低自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)的費(fèi)用，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為靈活。

1 協(xié)議轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)交換原理

對(duì)整個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊而言，Profibus-DP側(cè)的主站和從站的數(shù)據(jù)交換是同步運(yùn)行的，主站在請(qǐng)求數(shù)據(jù)后只有從站應(yīng)答后才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行程序。Modbus總線(xiàn)上站與從站之間的數(shù)據(jù)交換則是根據(jù)輪詢(xún)的數(shù)據(jù)查詢(xún)方式完成的。但是，Profibus-DP的數(shù)據(jù)處理和Modbus側(cè)的通信過(guò)程則是獨(dú)立運(yùn)行的。兩種協(xié)議之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是在VPC3+C芯片中通過(guò)映射關(guān)系完成的。在模塊上電后，主站完成初始化，檢測(cè)從站是否準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)通信，如果從站準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)交換，DP主站將對(duì)從站進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，并檢查從站接口的配置狀態(tài)。如果DP從站已經(jīng)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)交換，則Profibus-DP側(cè)主站與從站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同理，Profibus-DP側(cè)從站進(jìn)行與主站相對(duì)應(yīng)的操作。

2 數(shù)據(jù)交換方式選擇

協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)串口收發(fā)程序的實(shí)現(xiàn)。目前，基于微處理器串口的數(shù)據(jù)處理方式有3種：（1）輪詢(xún)方式。這種方式是通過(guò)程序持續(xù)性的查詢(xún)接口設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，相對(duì)程序開(kāi)銷(xiāo)比較大，不能保證數(shù)據(jù)處理的快速性要求。（2）中斷方式。這種通信方式大幅度提升了數(shù)據(jù)處理速度，但是同樣也要占用一部分系統(tǒng)資源，如果不停出現(xiàn)中斷，系統(tǒng)程序開(kāi)銷(xiāo)也會(huì)大幅度增加[2]。（3）DMA通信方式。這種通信方式能夠?qū)④浖绦蛱幚淼墓δ芤平唤o硬件處理，無(wú)論在數(shù)據(jù)處理速度還是數(shù)據(jù)交換的可靠性等方面，相比于軟件處理數(shù)據(jù)，都占有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的主程序設(shè)計(jì)

在Profibus-DP主站與Modbus從站進(jìn)行通信時(shí)，通信請(qǐng)求由DP主站發(fā)出，當(dāng)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊接收到請(qǐng)求報(bào)文后，通過(guò)協(xié)議芯片VPC3+C對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析[3]，然后處理報(bào)文，提取數(shù)據(jù)域信息，通過(guò)協(xié)議數(shù)據(jù)映射關(guān)系，Profibus-DP中的數(shù)據(jù)從新封裝成為Modbus格式發(fā)送給從站設(shè)備。當(dāng)從站設(shè)備返回應(yīng)答信息時(shí)，同樣經(jīng)過(guò)這個(gè)過(guò)程將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇rofibus-DP主站一側(cè)。

3.1 主程序流程

根據(jù)上述報(bào)文處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)主程序來(lái)控制協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，該過(guò)程大體分為3部分：（1）對(duì)STM32微控制器的初始化，包括配置系統(tǒng)時(shí)鐘、配置嵌套中斷向量表、配置看門(mén)狗時(shí)鐘、初始化數(shù)據(jù)緩存區(qū)、初始化協(xié)議芯片等工作。（2）循環(huán)地不斷從協(xié)議芯片VPC3+C讀取數(shù)據(jù)和寫(xiě)數(shù)據(jù)。（3）如果有外部診斷，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入中斷程序[4]。協(xié)議轉(zhuǎn)換的函數(shù)主題如下所示，主要包含程序初始化、數(shù)據(jù)循環(huán)讀寫(xiě)、中斷處理程序。

Int main（void）

{

u8 i;

RCC_Configuration();

NVIC_Configuration();

VC3_GPIO_Configuration();

SysTick_GPIO_Configuration();

SysTick_Configuration();

DisableInterrupts();

VC3_RST=0;

init_data_buffer();

vpc3_buf_check();

user_dps_reset();

EnableInterrupts();

USART_AS_Init();

InitTimer2();

IWDG_Configuration();

while （1）

{

LEDexOut=LEDexIn;

DP_status=Read_byte_vpc3（spc3_is_reg_status0_add）;

if（DP_status）

{

IWDG_ReloadCounter();

}

read_data_from_spc3();

write_data_to_spc3();

diag_check();

CHKSFRData();

if（CommportCount＞200）

{

USART_AS_Init();

InitTimer2();

CommportCount=0;

}

}

}

3.2 主程序函數(shù)原型

/* 函數(shù)原型 -----------------------------------------------*/

void RCC_Configuration（void）; / /Configure different system clock

void NVIC_Configuration（void）; //配 置嵌套中斷向量表

void IWDG_Configuration（void）; //配 置看門(mén)狗

void init_data_buffer（void）; //初 始化數(shù)據(jù)緩存區(qū)

void user_dps_reset（void）; //初 始化VPC3

void dps2_reset_user_wd（void）; //reset the WDT of vpc3

void read_data_from_VPC3+C（void）; //rea d data from the RAM of vpc3

void write_data_to_VPC3+C（void）; //write data to the RAM of vpc3

void diag_check（void）;//check the buffers and state

void vpc3_buf_check（void）; //檢 查寫(xiě)入與讀出vpc3的數(shù)據(jù)是否相同

4 結(jié)語(yǔ)

文章主要設(shè)計(jì)了協(xié)議轉(zhuǎn)換的主程序以及串口收發(fā)程序，設(shè)計(jì)了模塊在Profibus-DP總線(xiàn)側(cè)的從站功能程序以及模塊在Modbus總線(xiàn)側(cè)的主站功能程序，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括程序的初始化和數(shù)據(jù)處理中斷方式。最后，本文根據(jù)整體設(shè)計(jì)介紹了協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊對(duì)兩種總線(xiàn)協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)方式，包括數(shù)據(jù)如何映射、中斷過(guò)程怎樣進(jìn)入、主循環(huán)程序怎樣進(jìn)行等。通過(guò)報(bào)文轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)收發(fā)等程序，最終成功實(shí)現(xiàn)了Modbus協(xié)議和Profibus協(xié)議的轉(zhuǎn)換，在工業(yè)應(yīng)用中具有一定的實(shí)際意義。