[发明专利]一种与Modbus兼容且更高效的异步串口通信协议

说明书

本发明提供了一种与Modbus兼容且更高效的异步串口通信协议，通过一种通讯协议帧及其定界方法，不再依靠3.5个11位传输时间的空闲记时以便对帧定界（即：t3.5帧定界方法），和对每一个传输的字节产生接收中断进行侦听以便识别出发送给自己的帧，大大减少从机在未被主机选中通信时产生大量额外的接收中断处理，和大量定时器中断处理，同时通过合理的从机地址分配，还能在同一个总线中与Modbus‑RTU设备兼容共存，同时为主机服务，解决了现有技术中的缺陷。

技术领域

本发明涉及串行通信技术领域，特别涉及工业设备和物联网设备的控制器与输入、输出器件之间的通信，具体涉及一种与Modbus兼容且更高效的异步串口通信协议。

背景技术

Modbus是一种串行通信协议，采用单主多从通信方式，是Modicon公司（现在的施耐德电气）在1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表。现在已经成为工业领域通信协议的业界标准，并且是现在工业电子设备之间常用的连接方式。

 Modbus在串行链路上，有ASCII和RTU两种传输模式，具体格式如下：

1、ASCII模式的串口格式为：波特率可变、以10位方式传输（即：1起始位、7数据位、1奇偶校验位、1停止位）。偶校验是要求的，奇校验、无校验是支持的。无校验时校验位以停止位填充。每个二进制数据字节，用2次7位ASCII字符表示的十六进制数来传输；

2、RTU模式的串口格式为：波特率可变、以11位方式传输（即：1起始位、8数据位、1奇偶校验位、1停止位）。偶校验是要求的，奇校验、无校验是支持的。无校验时校验位以停止位填充。每个二进制数据字节，用1次8位二进制数来传输；

3、ASCII模式的帧定界格式为：以冒号‘：’（十六进制3A）为帧起始符，以回车-换行‘CR-LF’（十六进制0D-0A）为帧终止符；

4、RTU模式的帧定界格式为：以3.5个11位传输时间的空闲为帧定界符，即：每帧发送完成后紧跟3.5个11位传输时间的空闲，让接收端程序断定当前帧已接收完毕。

如图1所示，Modbus在串行链路上ASCII和RTU模式的一次通信传输实例，其中从机地址86H、功能码06H、待写寄存器地址0001H，待写寄存器数据0003H，由此参数构成通信帧，主机发送请求从机正常应答，在ASCII模式下总线上发生的34次10位传输让所有从机产生了34次接收中断，在RTU模式下总线上发生的16次11位传输让所有从机产生了16次接收中断和占用至少2个3.5次11位传输时间的空闲；

可见Modbus通信协议在编程实现和实际使用上，存在如下技术缺陷：

1、Modbus采用的帧定界方法，不可避免的导致总线上的所有从机必须对每一个传输的字节产生接收中断进行侦听，以便识别出发送给自己的通信帧；

2、在广泛使用的RTU模式中，还需要专门占用一个定时器为3.5个11位传输时间的空闲记时，以便判断帧的结束位置；

3、Modbus采用的通信帧结构，使得通信帧长度不够简短，占用了过多的无用通信负载；

综上所述，Modbus通信协议的通信效率不高，在从机数量较多的总线上所有从机无法在较密集的通信中避免大量额外的接收中断处理，极大地加重了从机处理器的负担。

发明内容

为了克服背景技术中存在的缺陷。本发明提供了一种与Modbus兼容且更高效的异步串口通信协议，可以大大减少从机在未被主机选中通信时，产生大量额外的接收中断处理，和因无需3.5个11位传输时间的空闲记时，进而再减少大量定时器中断处理，同时还能在同一个总线中与Modbus-RTU设备兼容共存，同时为主机服务。

本发明采用的技术方案是：