柳 青

（北京电子科技职业学院， 北京 100176）

0 引言

随着工业物联网、制造智能化进程的推进，嵌入式设备之间能够实现简单、 可靠的通信成为自动化领域的实际需要。 Modbus/TCP 将Modbus 协议嵌入到TCP 协议的应用层，由于其具有开放的、标准的协议格式，广泛应用于工业通信。 而TCP/IP 协议结构庞大，嵌入式系统的存储计算资源有限，因此研究Modbus/TCP 在嵌入式系统上的设计方法很有必要。

渠薇等设计了基于W5500 的Modbus/TCP 服务器[1]，这种方案需要采用专用的协议芯片完成TCP/IP 协议解析，不仅使电路设计复杂，而且受限于外围芯片与处理器的通信带宽，会影响系统的整体性能。刘大千等提出了一种μC / OS 实时操作系统、LWIP 轻型协议栈和MODBUS协议相结合的方法[2]，这种方案需要对操作系统和协议栈进行移植，软件代码量较大，对系统的维护升级提出很大挑战。 综合以上研究，设计了一种直接运行于微处理器上的，精简的Modbus/TCP 协议栈，避免了设计专用电路和代码移植的工作，同时能够改善通信的实时性能。

1 Modbus /TCP 协议栈整体设计

Modbus/TCP 协议底层以TCP/IP 协议为基础，在桌面系统中，该协议由操作系统提供的套接字接口来实现，但是在嵌入式系统中，芯片驱动只包含最底层的以太网接收、发送数据的功能， 所以需要构建TCP/IP协议。 另外，由于以太网数据包中必须包含硬件MAC 地址，所以需要实现ARP 协议[3]。

设计的协议栈整体流程如图1 所示， 处理器不断从网卡读取数据包， 然后判断该数据包是ARP 数据还是IP 数据，如果是ARP 数据，则对该数据包进行地址解析；……