随着现场总线技术以及工业以太网技术的出现和发展,工业自动化领域的控制模式发生了根本性的变革。控制系统朝着开放化、分散化以及网络化的方向发展。但是发展的多元化也带来了控制系统中现场总线标准不统一的问题,已经严重阻碍了现场总线技术的进一步发展及推广应用,而工业以太网技术由于发展时间尚短,可以借鉴现场总线快速恢复和安全性高等优点进行进一步完善。实际上,现场总线技术和工业以太网技术的融合代表着工业控制领域最新的发展方向。Modbus/Modbus TCP平台是现场总线和工业以太网融合的突出代表之一。本文致力于解决Modbus串行链路和Modbus TCP工业以太网之间的互联和通信问题,设计和实现了嵌入式Modbus/Modbus TCP网关。首先,在搭建硬件开发平台的基础上,重点设计和实现了三大功能模块:嵌入式Modbus串行链路协议栈、嵌入式Modbus TCP协议栈、Modbus串行链路和Modbus TCP工业以太网的互连和通信。论文从实时性的角度比较了μC/OS-Ⅱ操作系统和Linux操作系统,说明了选择μC/OS-Ⅱ操作系统的原因。在设计方法上,采用了分层设计的思想。在具体实现上,软件开发主要涉及TCP/IP的socket编程、串口编程、多进程编程、进程间通信、Client/Server模型等应用编程知识。然后,论文对嵌入式Modbus/Modbus TCP网关进行了实验室测试和分析。作为主站或从站,可以和Modbus串行链路上的现场设备通信;作为客户机或服务器,可以和Modbus TCP工业以太网上的现场设备通信;作为协议转换器或转发器,实现了Modbus串行链路上的现场设备和Modbus TCP工业以太网上的现场设备的互联和通信。最后,论文在阐述了以太网碰撞机制——载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)工作原理基础上,针对CSMA/CD的碰撞避让算法——二进制指数后退算法BEB(Binary ExponentialBackoff)的局限性,提出了改进的BEB算法。并利用在数学计算和数据处理方面有突出优势的软件Matlab,进行了平均排队延迟时间的仿真验证。从仿真结果看,在重载情况下,平均排队延迟时间有所缩短,减小了发生碰撞的概率,提高了以太网的实时性。