Implementación de MODBUS en FPGA mediante VHDL – Capa de Enlace –

Autores: Olmedo Sergio, Guanuco Luis, Panozzo Zénere Jonatán, Rubio Agustín
Institución: Centro Universitario de Desarrollo en Automación y Robótica “CUDAR”, Universidad Tecnológica Nacional – FRC, Córdoba, Argentina.

Resumen:
La descripción de hardware, mediante la programación en VHDL, permite una amplia versatilidad en el diseño de circuitos digitales. Se presenta una descripción sobre la realización de una comunicación entre dispositivos lógicos programables, según el protocolo MODBUS. Este estándar de comunicación, de amplia aceptación, define protocolos para las  capas de “Aplicación”, “Enlace” y “Física”. En esta presentación se aborda el desarrollo del  mismo la “Capa de Enlace”, y de manera resumida la forma en que esta interactúa con las  otras capas.
El desarrollo de un protocolo estándar de comunicación se basa en una jerarquía con diferentes niveles de abstracción para el tratado de la información, lo que implica variadas formas de implementación tanto hardware como software. El modelo OSI es un marco de referencia para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones. El protocolo MODBUS define la comunicación serie entre un único  dispositivo Maestro y entre uno a 247 Esclavos. En el caso de haber un único Esclavo, la  comunicación se denomina “punto a punto” y si existe más de un Esclavo, la comunicación  es “multipunto”.
La generación de una trama MODBUS comienza con el envío de un caracter que define el principio de la misma. En forma consecutiva se transmiten los campos de dirección, función, datos, chequeo de error LRC y para terminar los caracteres de fin de trama. Con las especificaciones de MODBUS y modelado de hardware en VHDL se logra diferenciar  componentes que trabajan en forma concurrentes y procesan los datos para la utilización en una capa superior o inferior como lo define el modelo OSI. La implementación se realiza en una FPGA Xilinx Spartan 2E XC2S200E, donde el banco de pruebas se adaptó una línea serie mediante RS232 conectando entre sí dos FPGA. Uno de ellos implementados como Maestro y el otro como Esclavo. La implementación de MODBUS en sistemas embebidos, presenta una preferencia en la utilización de microcontroladores para llevar adelante su  desarrollo. Sin embargo, la descripción de hardware permite la flexibilidad en el diseño de sistemas de comunicación digital, dado que el mismo se realiza independientemente del dispositivo a utilizar, por lo que se logra portabilidad en la implementación sobre PLDs. La concurrencia otorga un mejor aprovechamiento del tiempo, que se traduce en mayor  velocidad de operación, en desmedro de una utilización de recursos también mayor.

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