CN109587158A - 网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法，包括以下步骤：判断下行数据是否符合Modbus TCP协议报文格式，若符合，则转换为Modbus RTU协议报文格式；收到上行数据响应时，判断数据最后两个字节是否为前面所有数据的Modbus CRC16校验码，若是，则开始匹配；匹配时，在请求队列中查找历史请求，如果有请求，则继续匹配；检查请求是否超时，如果超时，则匹配失败，将当前请求移出请求队列，并返回上一步骤继续匹配；如果未超时，则匹配成功，填入请求的序号，将数据转换为Modbus TCP协议后转发，并将当前请求移出队列。本发明能够在转换和透传两种模式间自动切换,从而实现Modbus设备和非Modbus设备的即插即用。

Description

网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的 方法
技术领域
本发明涉及网络串口设备数据转发领域，尤其涉及一种网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法。
背景技术
网络串口设备(如图1所示)一边连接网络设备(包括各种有线和无线网络)，一边连接串口设备(如RS232、RS485、TTL等)，实现网络数据报文与串口数据报文的双向转换。串口设备发送的数据为上行数据，需要转发给网络设备，网络设备发送的数据将为下行数据，需要转发给串口设备。如果串口设备是Modbus设备，使用的是Modbus RTU协议，而网络中对这些设备操作使用的是Modbus TCP协议，所以转发时需要进行协议转换。
目前的网络串口设备大多都实现了透传，有一部分实现了Modbus协议转换，同时实现了这两种模式的设备，但是使用中都需要手动修改配置在两种模式间进行切换，无法做到根据传输的数据实时切换、自动适应。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法自动实现串口设备的数据自动转换的缺陷，提供一种在网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法，包括以下步骤：
判断下行数据是否符合Modbus TCP协议报文格式，若符合，则将下行数据转换为Modbus RTU协议报文格式，否则直接透传；
在收到下行数据请求时，将该请求插入请求队列，并记录请求时间，如果请求队列满，则在移除最早的请求后再插入当前请求；
收到上行数据响应时，判断数据最后两个字节是否为前面所有数据的ModbusCRC16校验码，若是，则开始匹配，否则透传；
匹配时，在请求队列中查找历史请求，如果没有请求，则判定为非Modbus协议，直接透传；如果有请求，则继续匹配；
检查请求是否超时，如果超时，则匹配失败，将当前请求移出请求队列，并返回上一步骤继续匹配；如果未超时，则匹配成功，填入请求的序号，将数据转换为Modbus TCP协议后转发，并将当前请求移出队列。
接上述技术方案，“判断下行数据是否符合Modbus TCP协议报文格式”具体条件为：
a、接收到的下行数据长度大于等于7；
b、第3、4两个字节固定为0x00；
c、第5、6两个字节等于从第7字节开始到报文结束的长度；
若上述三个条件均符合，则判定为Modbus TCP协议报文格式。
接上述技术方案，在判断检查请求是否超时，如果没有指定超时时间，则在收到第一个上行数据时启动自动学习功能，预设一个超时时间，在一定的学习时间段内，记录所有匹配成功的响应时间，取最大响应时间乘以保险系数得到自动超时时间。
本发明还提供了一种网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的系统，包括：
下行数据传输模块，用于判断下行数据是否符合Modbus TCP协议报文格式，若符合，则将下行数据转换为Modbus RTU协议报文格式，否则直接透传；
上行数据传输模块，具体包括：
请求队列模块，用于在收到下行数据请求时，将该请求插入请求队列，并记录请求时间，如果请求队列满，则在移除最早的请求后再插入当前请求；
上行数据判断模块，用于收到上行数据响应时，判断数据最后两个字节是否为前面所有数据的Modbus CRC16校验码，若是，则开始匹配，否则透传；
匹配模块，用于匹配时，在请求队列中查找历史请求，如果没有请求，则判定为非Modbus协议，直接透传；如果有请求，则继续匹配；
超时模块，用于检查请求是否超时，如果超时，则匹配失败，将当前请求移出请求队列，并返回匹配模块继续匹配；如果未超时，则匹配成功，填入请求的序号，将数据转换为Modbus TCP协议后转发，并将当前请求移出队列。
接上述技术方案，所述下行数据传输模块判断下行数据是否满足Modbus TCP协议报文格式的具体条件为：
a、接收到的下行数据长度大于等于7；
b、第3、4两个字节固定为0x00；
c、第5、6两个字节等于从第7字节开始到报文结束的长度；
若上述三个条件均符合，则判定为Modbus TCP协议报文格式。
接上述技术方案，所述上行数据传输模块还包括自动超时计算模块，用于在判断检查请求是否超时，如果没有指定超时时间，则在收到第一个上行数据时启动自动学习功能，预设一个超时时间，在一定的学习时间段内，记录所有匹配成功的响应时间，取最大响应时间乘以保险系数得到自动超时时间。
本发明还提供了一种网络串口设备，该网络串口设备包括如权利要求4-6所述的系统。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其包括可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序具体执行上述网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法。
本发明产生的有益效果是：本发明通过对Modbus TCP及RTU协议报文格式及请求响应模式的分析，找出当前通信协议的特征，在数据转发时，对当前数据进行特征识别，当识别到上行数据为Modbus RTU时则转换为Modbus TCP，否则不转换直接转发(透传)，当识别到下行数据为Modbus TCP时则转换为Modbus RTU，否则不转换直接转发(透传)。本发明解决了网络串口设备中既需要传输Modbus协议又需要传输其他自定义协议，而Modbus协议需要TCP/RTU转换、自定义协议不需要转换的矛盾，通过对协议的智能识别，能够在转换和透传两种模式间自动切换，从而实现Modbus设备和非Modbus设备的即插即用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是网络串口设备基本工作方式示意图。
图2是本发明网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法流程图；
图3是本发明网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本发明的网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法包括以下步骤：、
对于下行数据，识别算法如下：
1.接收到的数据长度大于等于7。
2.第3、4两个字节固定为0x00。
3.第5、6两个字节等于第7字节(含)开始到报文结束的长度。
如果符合以上特征，则判定为Modbus TCP协议，需要转换为Modbus RTU协议，否则不转换直接透传。
对于上行数据，如果仅仅检查CRC检验码，容易出现错判。除此之外，由于ModbusRTU格式的响应中转为TCP格式时需要填上Modbus请求的序号，还需要将请求与响应进行匹配。考虑到请求会有超时无响应的情况，还有部分Modbus设备支持请求缓存会连续有几个响应的情况，情况比较复杂，具体匹配方案如下：
收到下行数据(请求)时，将请求插入请求队列，并记录请求时间。如果请求队列满，则移除最老的请求后再插入当前请求。
收到上行数据(响应)时，匹配与判定的步骤如下：
1.判断数据最后两个字节是否为前面所有数据的Modbus CRC16校验码，是则开始匹配，否则透传。
2.在请求队列中查找历史请求
a)如果没有请求，则判定为非Modbus协议，透传。
b)如果有请求，则继续匹配。
3.检查请求是否超时，如果超时，则匹配失败，将当前请求移出队列，返回上一步骤继续匹配。如果未超时，则匹配成功。进入下一步骤。
4.填入请求的序号，将数据转换为Modbus TCP协议后转发，并将当前请求移出队列。
对于超时时间，如果没有指定超时时间，则在收到第一个上行数据时启动自动学习功能，预设一个较长的超时时间(5秒)，在一定的学习时间段内(一小时内)，记录所有匹配成功的响应时间，取最大响应时间乘以保险系数(3)得到自动超时时间。
本发明网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的系统主要用于为实现上述实施例的方法，如图3所示，具体包括：
下行数据传输模块，用于判断下行数据是否符合Modbus TCP协议报文格式，若符合，则将下行数据转换为Modbus RTU协议报文格式，否则直接透传；
上行数据传输模块，具体包括：
请求队列模块，用于在收到下行数据请求时，将该请求插入请求队列，并记录请求时间，如果请求队列满，则在移除最早的请求后再插入当前请求；
上行数据判断模块，用于收到上行数据响应时，判断数据最后两个字节是否为前面所有数据的Modbus CRC16校验码，若是，则开始匹配，否则透传；
匹配模块，用于匹配时，在请求队列中查找历史请求，如果没有请求，则判定为非Modbus协议，直接透传；如果有请求，则继续匹配；
超时模块，用于检查请求是否超时，如果超时，则匹配失败，将当前请求移出请求队列，并返回匹配模块继续匹配；如果未超时，则匹配成功，填入请求的序号，将数据转换为Modbus TCP协议后转发，并将当前请求移出队列。
进一步地，下行数据传输模块判断下行数据是否满足Modbus TCP协议报文格式的具体条件为：
a、接收到的下行数据长度大于等于7；
b、第3、4两个字节固定为0x00；
c、第5、6两个字节等于从第7字节开始到报文结束的长度；
若上述三个条件均符合，则判定为Modbus TCP协议报文格式。
本发明实施例中，上行数据传输模块还包括自动超时计算模块，用于在判断检查请求是否超时，如果没有指定超时时间，则在收到第一个上行数据时启动自动学习功能，预设一个超时时间，在一定的学习时间段内，记录所有匹配成功的响应时间，取最大响应时间乘以保险系数得到自动超时时间。
本发明实施例的网络串口设备，包括上述实施例的系统，从而在网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应切换。
本发明实施例的计算机可读存储介质，其包括可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序具体执行上述实施例的网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法。
综上，本发明解决了网络串口设备中既需要传输Modbus协议又需要传输其他自定义协议，而Modbus协议需要TCP/RTU转换、自定义协议不需要转换的矛盾，通过对协议的智能识别，能够在转换和透传两种模式间自动切换。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
判断下行数据是否符合Modbus TCP协议报文格式，若符合，则将下行数据转换为Modbus RTU协议报文格式，否则直接透传；
在收到下行数据请求时，将该请求插入请求队列，并记录请求时间，如果请求队列满，则在移除最早的请求后再插入当前请求；
收到上行数据响应时，判断数据最后两个字节是否为前面所有数据的Modbus CRC16校验码，若是，则开始匹配，否则透传；
匹配时，在请求队列中查找历史请求，如果没有请求，则判定为非Modbus协议，直接透传；如果有请求，则继续匹配；
检查请求是否超时，如果超时，则匹配失败，将当前请求移出请求队列，并返回上一步骤继续匹配；如果未超时，则匹配成功，填入请求的序号，将数据转换为Modbus TCP协议后转发，并将当前请求移出队列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，“判断下行数据是否符合Modbus TCP协议报文格式”具体条件为：
a、接收到的下行数据长度大于等于7；
b、第3、4两个字节固定为0x00；
c、第5、6两个字节等于从第7字节开始到报文结束的长度；
若上述三个条件均符合，则判定为Modbus TCP协议报文格式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断检查请求是否超时，如果没有指定超时时间，则在收到第一个上行数据时启动自动学习功能，预设一个超时时间，在一定的学习时间段内，记录所有匹配成功的响应时间，取最大响应时间乘以保险系数得到自动超时时间。
4.一种网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的系统，其特征在于，包括：
下行数据传输模块，用于判断下行数据是否符合Modbus TCP协议报文格式，若符合，则将下行数据转换为Modbus RTU协议报文格式，否则直接透传；
上行数据传输模块，具体包括：
请求队列模块，用于在收到下行数据请求时，将该请求插入请求队列，并记录请求时间，如果请求队列满，则在移除最早的请求后再插入当前请求；
上行数据判断模块，用于收到上行数据响应时，判断数据最后两个字节是否为前面所有数据的Modbus CRC16校验码，若是，则开始匹配，否则透传；
匹配模块，用于匹配时，在请求队列中查找历史请求，如果没有请求，则判定为非Modbus协议，直接透传；如果有请求，则继续匹配；
超时模块，用于检查请求是否超时，如果超时，则匹配失败，将当前请求移出请求队列，并返回匹配模块继续匹配；如果未超时，则匹配成功，填入请求的序号，将数据转换为Modbus TCP协议后转发，并将当前请求移出队列。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述下行数据传输模块判断下行数据是否满足Modbus TCP协议报文格式的具体条件为：
a、接收到的下行数据长度大于等于7；
b、第3、4两个字节固定为0x00；
c、第5、6两个字节等于从第7字节开始到报文结束的长度；
若上述三个条件均符合，则判定为Modbus TCP协议报文格式。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述上行数据传输模块还包括自动超时计算模块，用于判断检查请求是否超时，如果没有指定超时时间，则在收到第一个上行数据时启动自动学习功能，预设一个超时时间，在一定的学习时间段内，记录所有匹配成功的响应时间，取最大响应时间乘以保险系数得到自动超时时间。
7.一种网络串口设备，其特征在于，该网络串口设备包括如权利要求4-6所述的系统。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其包括可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序具体执行如权利要求1-3中任一项所述的网络串口中实现透传和Modbus协议转换两种模式自适应的方法。
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