CN111800394A - 一种基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法 - Google Patents

一种基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法，基于Modbus收发模块、TRDP收发模块和管理模块实现，通过Modbus收发模块接收与Modbus从站设备相连的采用Modbus协议的设备的数据并发送给管理模块；通过TRDP收发模块接收与列车总线相连的采用TRDP协议的设备的数据并发送给管理模块；通过管理模块控制Modbus收发模块和TRDP收发模块的数据转换。在本发明中，通过Modbus收发模块、TRDP收发模块和管理模块以及上述方法实现TRDP协议和Modbus协议之间的格式转换，使设备能够正常通信，而且实时性高、传输速率快、使用成本低。

Description

一种基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法
技术领域
本发明属于通讯技术领域，特别涉及一种基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法。
背景技术
列车通信网络(简称TCN)，是一种以计算机网络为核心的分布式网络控制系统，是一种列车设备专用的控制、检测和诊断数据的分布式网络系统。传统的列车总线分为WTB和MVB，但其传输速率已经不能满足列车通信的需求，而TRDP协议具有实时性高、传输速率快、价格低廉等优点，但是相关的网关技术还未得到广泛应用。
Modbus是一种串行通信协议，由Modicon公司于1979年发表，现以成为工业领域通信协议的业界标准，广泛用于工业领域通信设备。
Modbus协议是一项应用层报文传输协议，包括ASCII、RTU、TCP三种报文类型，协议本身并没有定义物理层，只是定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管他们是经过何种网络进行通信的。
列车通信网络通常分为上、下两层；上层为列车总线，下层为车辆总线。列车总线连接不同车辆(单元)中的网络节点(网关)；车辆总线接同一车厢或固定车组内部各种可编程终端装置。列车总线和车辆总线是两个独立的通信子网，可采用不同的网络协议。通过一个列车总线节点(网关)互连，在应用层的不同总线之间通信时由此节点充当网关。
每节车厢内有一个或多个子网连接列车总线，每个子网由多个设备组成，考虑到部分设备可能使用Modbus协议，Modbus协议为主从协议，主站的每次请求，都需要从站进行应答。且由于协议的规定，一次数据的来回传输，最多包含256字节，而TRDP是基于TCP协议的，应用数据最大可支持1432字节，其TRDP的传输速率是远远超过Modbus的。世面上的网关所谓的协议解析，往往都是将一种协议的应用数据拿出来，再从另一端封装成另一种协议，发送出去，是一种透权传输，并不做任何处理。这种Modbus到TRDP的传输方式，相较于两个Modbus设备之间的传输，其速率有所提升，但是并不是很明显。因此，需要设计一种可配的，主动代理Modbus端的通讯数据的协议转换网关。提高通信效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法，实现TRDP协议和Modbus协议之间的格式转换，使设备能够正常通信，而且实时性高、传输速率快、使用成本低。
为实现上述目的，本发明提供一种基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法，基于Modbus收发模块、TRDP收发模块和管理模块实现，所述管理模块分别与Modbus收发模块、TRDP收发模块通讯连接，且Modbus收发模块与TRDP收发模块相互独立，互不影响，该方法包括有以下步骤：
步骤S1，Modbus模块初始化，通过Modbus收发模块主动请求与之相连的Modbus从站设备数据并发送给管理模块；
步骤S2，TRDP设备初始化，通过TRDP收发模块接收与列车总线，即TCN通信总线网络相连的采用TRDP协议的设备的数据并发送给管理模块；
步骤S3，通过管理模块进行申请内存、维护状态机、根据预先定义的地址转换映射配置文件，建立两种协议之间的地址转换映射表，并根据地址转换映射表实现接收到的Modbus从站设备的实时多帧Modbus数据到一帧TRDP数据的映射；
其中，申请内存为用来保存网关作为Modbus收发模块请求Modbus从站设备，且Modbus从站设备响应的数据。
其中，维护状态机，为基于Modbus收发模块请求Modbus从站设备，且Modbus从站设备响应的数据为特定数据进行轮询的，由管理模块根据需求创建状态机，并通过状态机，在不同的状态下，优先发送需要的请求，进行数据的实时请求，在不同的状态之间来回切换；上述设置具体为考虑到实际使用时，Modbus端的数据通信往往是特定数据进行轮询的，因此对数据的实时性有一定的影响。网关是作为主站设备的，因此可由管理模块根据需要创建请求状态机，通过状态机，在不同状态下，优先发送需要的请求，进行数据的实时请求，在不同的状态来回切换的，大大增加了数据的实时性和可靠性。
其中，管理模块还负责TRDP数据的应答。Modbus端的数据是在状态机的维护下不断的轮询获取的，数据是实时可靠的，管理模块可直接从内存获取需要的数据，不需要等待网关作为Modbus的主站请求从站的数据之后，才能应答远端TRDP请求，提高了通信的效率。
进一步地，当TRDP收发模块收到管理模块处理后的数据后，通过PD模式或者MD模式，将数据经由TCN网络发送到目的地。在本发明中，PD模式与MD模式均为现有技术，通过上述方式方便数据的传输。
进一步地，当Modbus收发模块收到管理模块处理后的数据后，选择相应的功能码和SlaveId，将数据发送到目的地。在本发明中，相应的功能码和SlaveId均为现有技术，通过上述方式方便数据的传输。
本发明的有益效果在于：相比于现有技术，在本发明中，通过Modbus收发模块、TRDP收发模块和管理模块以及上述方法实现TRDP协议和Modbus协议之间的格式转换，使设备能够正常通信，管理模块主动发送请求，将Modbus从站设备的响应保存到内存当中，配合状态机，可以实现多帧Modbus报文到一帧TRDP报文的快速转换，大大提高了协议转换的时间。且由于状态机的存在，在不同状态下传输不同数据，能够适配特定的使用需求，例如GBT27930充电流程，让特定需求的Modbus帧的优先传输，兼容性和扩展性强。而且实时性高、传输速率快、使用成本低。
附图说明
图1是本发明所实施的Modbus收发模块、TRDP收发模块和管理模块之间的连接关系示意图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，本发明提供一种基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法，基于Modbus收发模块1、TRDP收发模块2和管理模块3实现，管理模块3分别与Modbus收发模块1、TRDP收发模块2通讯连接，且Modbus收发模块1与TRDP收发模块2相互独立，互不影响，该方法包括有以下步骤：
步骤S1，Modbus模块初始化，通过Modbus收发模块1主动请求与之相连的Modbus从站设备4数据并发送给管理模块；
步骤S2，TRDP设备初始化，通过TRDP收发模块2接收与列车总线，即TCN通信总线网络相连的采用TRDP协议的设备5的数据并发送给管理模块3；
步骤S3，通过管理模块3进行申请内存、维护状态机、根据预先定义的地址转换映射配置文件，建立两种协议之间的地址转换映射表，并根据地址转换映射表实现接收到的Modbus从站设备4的实时多帧Modbus数据到一帧TRDP数据的映射；
其中，申请内存为用来保存网关作为Modbus收发模块2请求Modbus从站设备4，且Modbus从站设备4响应的数据。
其中，维护状态机，为基于Modbus收发模块2请求Modbus从站设备4，且Modbus从站设备4响应的数据为特定数据进行轮询的，由管理模块3根据需求创建状态机，并通过状态机，在不同的状态下，优先发送需要的请求，进行数据的实时请求，在不同的状态之间来回切换；上述设置具体为考虑到实际使用时，Modbus端的数据通信往往是特定数据进行轮询的，因此对数据的实时性有一定的影响。网关是作为主站设备的，因此可由管理模块3根据需要创建请求状态机，通过状态机，在不同状态下，优先发送需要的请求，进行数据的实时请求，在不同的状态来回切换的，大大增加了数据的实时性和可靠性。
其中，管理模块3还负责TRDP数据的应答。Modbus端的数据是在状态机的维护下不断的轮询获取的，数据是实时可靠的，管理模块可直接从内存获取需要的数据，不需要等待网关作为Modbus的主站请求从站的数据之后，才能应答远端TRDP请求，提高了通信的效率。
其中，当TRDP收发模块2收到管理模块3处理后的数据后，通过PD模式或者MD模式，将数据经由TCN网络发送到目的地。在本发明中，PD模式与MD模式均为现有技术，通过上述方式方便数据的传输。
其中，当Modbus收发模块1收到管理模块3处理后的数据后，选择相应的功能码和SlaveId，将数据发送到目的地。在本发明中，相应的功能码和SlaveId均为现有技术，通过上述方式方便数据的传输。
在实际运用中，网关作为Modbus主站向子网内的从站设备请求数据，在接收到响应数据后，通知管理模块3检查该数据，管理模块3会将符合配置文件预设的数据转交给TRDP收发模块2。
TRDP收发模块2根据配置文件，通过PD或者MD模式，将Modbus从站响应的数据经由TCN网络，发送到目的地。
Modbus从站设备接收到订阅的IP地址发送的数据后，通知管理模块3检查数据，管理模块3会将符合配置文件预设的数据转交给Modbus收发模块1。
Modbus收发模块1根据配置文件，选择相应的功能码和SlaveId，将数据发送出去。
本发明的有益效果在于：相比于现有技术，在本发明中，通过Modbus收发模块、TRDP收发模块和管理模块以及上述方法实现TRDP协议和Modbus协议之间的格式转换，使设备能够正常通信，管理模块主动发送请求，将Modbus从站设备的响应保存到内存当中，配合状态机，可以实现多帧Modbus报文到一帧TRDP报文的快速转换，大大提高了协议转换的时间。且由于状态机的存在，在不同状态下传输不同数据，能够适配特定的使用需求，例如GBT27930充电流程，让特定需求的Modbus帧的优先传输，兼容性和扩展性强。而且实时性高、传输速率快、使用成本低。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法，其特征在于该方法基于Modbus收发模块、TRDP收发模块和管理模块实现，所述管理模块分别与Modbus收发模块、TRDP收发模块通讯连接，且Modbus收发模块与TRDP收发模块相互独立，该方法包括有以下步骤：
步骤S1，Modbus模块初始化，通过Modbus收发模块主动请求与之相连的Modbus从站设备数据并发送给管理模块；
步骤S2，TRDP设备初始化，通过TRDP收发模块接收与列车总线相连的采用TRDP协议的设备的数据并发送给管理模块；
步骤S3，通过管理模块进行申请内存、维护状态机、根据预先定义的地址转换映射配置文件，建立两种协议之间的地址转换映射表，并根据地址转换映射表实现接收到的Modbus从站设备的实时多帧Modbus数据到一帧TRDP数据的映射；
其中，申请内存为用来保存网关作为Modbus收发模块请求Modbus从站设备，且Modbus从站设备响应的数据；
其中，维护状态机，为基于Modbus收发模块请求Modbus从站设备，且Modbus从站设备响应的数据为特定数据进行轮询的，由管理模块根据需求创建状态机，并通过状态机，在不同的状态下，优先发送需要的请求，进行数据的实时请求，在不同的状态之间来回切换；
其中，管理模块还负责TRDP数据的应答。
2.根据权利要求1所述的基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法，其特征在于当TRDP收发模块收到管理模块处理后的数据后，通过PD模式或者MD模式，将数据经由TCN网络发送到目的地。
3.根据权利要求1所述的基于TRDP和Modbus的协议转换网关的方法，其特征在于当Modbus收发模块收到管理模块处理后的数据后，选择相应的功能码和SlaveId，将数据发送到目的地。
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