基于LabVIEW的Modbus协议两种校验码的实现方法
介绍基于LabVIEW的Modbus协议两种校验码的实现方法，该方法可在基于PC机的测控系统中加以实际运用。
关键词：Modbus协议；LabVIEW；CRC校验；LRC校验
下面仅讨论与本文有关的Modbus协议的内容。
1.1Modbus协议的数据传输方式
Modbus协议定义了两种数据传输方式，即ASCII模式和RTU模式(表1、表2)。控制器可以设置为两种传输方式(ASCII或RTU)中的任何一种，在标准的Modbus网络中进行通信。用户可选择想要的模式，包括串口通信参数(波特率、检验方式等)；在配置每个控制器的时候，在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。
1.1Modbus协议的数据传输方式
Modbus协议定义了两种数据传输方式，即ASCII模式和RTU模式(表1、表2)。控制器可以设置为两种传输方式(ASCII或RTU)中的任何一种，在标准的Modbus网络中进行通信。用户可选择想要的模式，包括串口通信参数(波特率、检验方式等)；在配置每个控制器的时候，在一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。
?
1.2.1ASCII帧
使用ASCII模式，消息以冒号(：)字符(ASCII码3AH)开始，以回车换行符结束(ASCII码0DH,0AH)。
其他域可以使用的传输字符是十六进制的0…9,A…F。网络上的设备不断侦测“：”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备都解码下个域(地址域)来判断是否发给自己。
消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过1s，否则接收的设备将认为传输错误。一个典型消息帧如表3所示。
使用ASCII模式，消息以冒号(：)字符(ASCII码3AH)开始，以回车换行符结束(ASCII码0DH,0AH)。
其他域可以使用的传输字符是十六进制的0…9,A…F。网络上的设备不断侦测“：”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备都解码下个域(地址域)来判断是否发给自己。
消息中字符间发送的时间间隔最长不能超过1s，否则接收的设备将认为传输错误。一个典型消息帧如表3所示。
?
?
选用ASCII模式作字符帧，错误检测域包含两个ASCII字符。这是使用LRC(纵向冗余检测)方法对消息内容计算得出的，不包括开始的冒号符及回车换行符。LRC字符附加在回车换行符前面。?
1.3.2RTU模式
选用RTU模式作字符帧，错误检测域包含一16Bits值(用两个8位的字符来实现)。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗余检测得出的。CRC域附加在消息的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC高字节是发送消息的最后一个字节。
1.4Modbus的数据校验方式
1.4.1CRC-16(循环冗余错误校验)
冗余循环码(CRC)包含2个字节，即16位二进制。CRC码由发送设备计算，放置于发送信息的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。
在进行CRC码计算时只用8位数据位。起始位、停止位、奇偶校验位都不参与CRC码计算。
计算CRC码的步骤为：
① 预置16位寄存器为十六进制FFFF(即全为1)。称此寄存器为CRC寄存器。
② 把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或运算，把结果放于CRC寄存器。
③ 把寄存器的内容右移一位，用0填补最高位，检查最低位。
④ 如果最低位为0：重复第3步，再次右移一位；如果最低位为1：CRC寄存器与多项式A001(1010 0000 0000 0001)进行异或运算。
⑤ 重复步骤③和④，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理。
⑥ 重复步骤②到⑤，进行下个8位数据的处理。
⑦ 最后得到的CRC寄存器的值即为CRC码。
⑧ 将CRC码分成高8位和低8位，按低位在先，高位在后，将它们加到传送数据之后。
1.4.2LRC(纵向冗余错误校验)
LRC错误校验用于ASCII模式。这个错误校验码是一个8位二进制数，可作为2个ASCII十六进制字节传送。计算LRC码时，仅设备地址、功能代码、数据块字节参加运算，而冒号(：)、回车符号(CR)、换行字符(LF)不参加运算。具体计算LRC码的步骤为：
① 需运算的所有字节相加，所得之和丢弃进位。
② 将上步计算出的8位字节取反或由FFH减去该8位字节。
③ 将取反后的值加1即为LRC码。
接收端判断接收到的信息是否正确的简单方法是：将除冒号(：)、回车符号(CR)、换行字符(LF)以外的所有字节，包括LRC码相加并丢弃进位，若结果为0，则表明信息传送正确，否则出错。?
1.3.2RTU模式
选用RTU模式作字符帧，错误检测域包含一16Bits值(用两个8位的字符来实现)。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗余检测得出的。CRC域附加在消息的最后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC高字节是发送消息的最后一个字节。
1.4Modbus的数据校验方式
1.4.1CRC-16(循环冗余错误校验)
冗余循环码(CRC)包含2个字节，即16位二进制。CRC码由发送设备计算，放置于发送信息的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符，如果两者不相符，则表明出错。
在进行CRC码计算时只用8位数据位。起始位、停止位、奇偶校验位都不参与CRC码计算。
计算CRC码的步骤为：
① 预置16位寄存器为十六进制FFFF(即全为1)。称此寄存器为CRC寄存器。
② 把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或运算，把结果放于CRC寄存器。
③ 把寄存器的内容右移一位，用0填补最高位，检查最低位。
④ 如果最低位为0：重复第3步，再次右移一位；如果最低位为1：CRC寄存器与多项式A001(1010 0000 0000 0001)进行异或运算。
⑤ 重复步骤③和④，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理。
⑥ 重复步骤②到⑤，进行下个8位数据的处理。
⑦ 最后得到的CRC寄存器的值即为CRC码。
⑧ 将CRC码分成高8位和低8位，按低位在先，高位在后，将它们加到传送数据之后。
1.4.2LRC(纵向冗余错误校验)
LRC错误校验用于ASCII模式。这个错误校验码是一个8位二进制数，可作为2个ASCII十六进制字节传送。计算LRC码时，仅设备地址、功能代码、数据块字节参加运算，而冒号(：)、回车符号(CR)、换行字符(LF)不参加运算。具体计算LRC码的步骤为：
① 需运算的所有字节相加，所得之和丢弃进位。
② 将上步计算出的8位字节取反或由FFH减去该8位字节。
③ 将取反后的值加1即为LRC码。
接收端判断接收到的信息是否正确的简单方法是：将除冒号(：)、回车符号(CR)、换行字符(LF)以外的所有字节，包括LRC码相加并丢弃进位，若结果为0，则表明信息传送正确，否则出错。?
遵照1.4.1节中计算CRC码的步骤进行软件设计如图1所示。
评论