第6章_libmodbus使用

文章目录

  • 第6章 libmodbus使用
    • 6.1 libmodbus开发库
      • 6.1.1 功能概要
      • 6.1.2 源码获取
      • 6.1.3 源码阅读
        • 1. 新建工程
        • 2. 同步文件
        • 3.打开工程
        • 4. 操作示例
        • 5. 快捷键
      • 6.1.4 libmodbus与应用程序的关系
    • 6.2 libmodbus源代码解析
      • 6.2.1 核心函数
      • 6.2.2 框架分析与数据结构
      • 6.2.3 情景分析
        • 1. 初始化
        • 2. 主设备发送请求
        • 3. 从设备接收请求
        • 4.从设备回应
      • 6.2.4 常用接口函数
        • 1. 各类辅助接口函数
        • **2.** **各类Modbus功能接口函数**
        • 3. 数据处理的相关函数或宏定义
      • 6.2.5 RTU/TCP关联接口函数
        • 1. RTU模式关联函数
        • 2. TCP模式关联函数
    • 6.3 libmodbus移植与使用
      • 6.3.1 移植方法
      • 6.3.2 使用USB串口作为后端
      • 6.3.3 libmodbus从机实验(USB串口)
      • 6.3.4 libmodbus主机实验(USB串口)
      • 6.3.5 使用板载串口作为后端
        • 1. 使用UART_Device
        • 2. 用作后端
      • 6.3.6 libmodbus实验(板载串口)

第6章 libmodbus使用

6.1 libmodbus开发库

6.1.1 功能概要

libmodbus是一个免费的跨平台支持RTU和TCP的Modbus库,遵循LGPL V2.1+协议。libmodbus支持Linux、Mac Os X、FreeBSD、QNX和Windows等操作系统。libmodbus可以向符合Modbus协议的设备发送和接收数据,并支持通过串口或者TCP网络进行连接。

作为一个开源项目,libmodbus库还处于开发测试阶段,代码量还不十分庞大,文档和注释也不够全面,本章通过对libmodbus源代码的阅读过程,一方面可以进一步理解Modbus协议,同时也可以学习一个好的开源项目的代码组织及开发过程。 libmodbus的官方网站为 http://libmodbus.org/, 可以从 http://libmodbus.org/download/ 下载源代码。作为开源软件,还可以从GitHub网站获取最新版本的代码GitHub: https://github.com/stephane/libmodbus.git

6.1.2 源码获取

libmodbus的源码不断更新,本教程选择版本v3.1.10。打开https://github.com/stephane/libmodbus/tags ,如下图下载:

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本源码也放在网盘中如下目录里:

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解压后,简单查看源代码根目录的构成:

  • doc目录: libmodbus库的各API接口说明文档。
  • m4目录: 存放GNU m4文件,在这里对理解代码没有意义,可忽略。
  • src目录: 全部libmodbus源文件。
  • tests目录: 包含自带的测试代码 其他文件对理解源代码关系不大,可以暂时忽略

图6-2解压libmodbus源代码:

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进一步展开src代码目录,如图6-3所示:

图6-3libmodbus源码构成:

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各文件作用如下:

  • win32: 定义在Windows下使用Visual Studio编译时的项目文件和工程文件以及相关配置选项等。其中,modbus-9.sln默认使用Visual Studio 2008。
  • Makefile.am: Makefile.am是Linux下AutoTool编译时读取相关编译参数的配置文件,用于生成Makefile文件,因为用于Linux下开发,所以在这里暂时忽略
  • modbus.c: 核心文件,实现Modbus协议层,定义共通的Modbus消息发送和接收函数各功能码对应的函数。
  • modbus.h: libmodbus对外暴露的接口API头文件。
  • modbus-data.c: 数据处理的共通函数,包括大小端相关的字节、位交换等函数
  • modbus-private.h: libmodbus内部使用的数据结构和函数定义。
  • modbus-rtu.c: 通信层实现,RTU模式相关的函数定义,主要是串口的设置、连接及消息的发送和接收等。
  • modbus-rtu.h: RTU模式对外提供的各API定义
  • modbus-rtu-private.h: RTU模式的私有定义。
  • modbus-tcp.c: 通信层实现,TCP模式下相关的函数定义,主要包括TCP/IP网络的设置连接、消息的发送和接收等。
  • modbus-tcp.h: 定义TCP模式对外提供的各API定义
  • modbus-tcp-private.h: TCP模式的私有定义。
  • modbus-version.h.in: 版本定义文件。

6.1.3 源码阅读

对比比较复杂的源码,使用sourceinsight可以很方便地阅读、分析、编辑源码。

1. 新建工程

运行source Insight,点击菜单“Project->New Project”,如下图所示:

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设置工程名及工程数据目录:在弹出的New Project对话框中设置“New project name”(项目的名称),然后设置Where do you want to store the project data file? (项目文件保存位置),点击Browse按钮选择源码的目录即可,如下图:

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指定源码目录:在上图界面中点击OK后,弹出如下图所示窗口,填入源码路径:

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添加源码:在新弹出的对话框中,点击“Add”或“Add All”。“Add”是手动选择需要添加的文件,而“Add All”是添加所有文件。我们使用“Add All”,在弹出的提示框中选中“Recursively add lower sub-directories”(递归添加下级的子目录)并点击OK。同样的Remove File,Remove All是移除单个文件或者移除所有文件,如下图所示:

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添加文件完成后会弹出下面窗口,点击“确定”即可:

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此时界面会返回到主界面,如下图所示,点击“Close”:

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2. 同步文件

同步文件的意思是让Source Insight去解析源码,生成数据库,这样有助于以后阅读源码。比如点击某个函数时就可以飞快地跳到它定义的地方。

先点击菜单“Project->Synchronize Files”,如图 2.23所示:

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在弹出的对话框中 选中“Force all files to be re-parsed”(强制解析所有文件),并点击“Start”按钮开始同步,如下图所示:

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3.打开工程

前面建议工程后,就会自动打开了工程。如果下次你想打开工程,启动Souce Insight后,点击菜单“Project -> Open Porject”就可以在一个列表中选择以前建立的工程,如下图所示:

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4. 操作示例

在工程中打开文件:点击"P"图标打开文件列表,双击文件打开文件,也可以输入文件名查找文件,如下图所示:

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在文件中查看函数或变量的定义:打开文件后,按住ctrl键的同时,用鼠标点击函数、变量,就会跳到定义它的位置,如下图所示:

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查找函数或变量的引用:右键点击函数或变量,弹出对话框选择“Lookup Reference”;或者双击函数后,使用快捷键"ctrl+/"来查找引用,如下图:

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5. 快捷键
快捷键说明
Alt + ,后退
Alt + .前进
F8高亮选中的字符
Ctrl+F查找
F3或Shift+F3往前查找
F4或Shift+F4往后查找

6.1.4 libmodbus与应用程序的关系

libmodbus是一个免费的跨平台支持RTU和TCP的Modbus开发库,借助于libmodbus发库能够非常方便地建立自己的应用程序或者将Modbus通信协议嵌入单体设备libmodbus开发库与应用程序的基本关系如图6-4所示。

图6-4应用程序与libmodbus的关系:

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在对libmodbus的接口及代码框架简单了解之后,不妨再深入细节一探究竟,看看libmodbus都实现了哪些基础功能,以及源代码中对Modbus各功能码和消息顿是如何包装的。具体内容请参看下一章。

6.2 libmodbus源代码解析

libmodbus作为一个优秀且免费开源的跨平台支持RTU和TCP模式的Modbus开发库,非常值得大家借鉴和学习。本章对libmodbus源代码进行阅读和分析。

6.2.1 核心函数

以Modbus RTU协议为例,主设备、从设备初始化后:

  • 主设备就可以启动请求,即“发送消息”给从设备
  • 从设备接收到请求后构造数据,启动响应即“发送回复”
  • 主机收到响应后,会“检查响应”

如下图所示:

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分析“libmodbus-3.1.10\tests\unit-test-client.c”、“libmodbus-3.1.10\tests\unit-test-server.c”,可以得到下面核心函数的使用过程:

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6.2.2 框架分析与数据结构

站在APP开发的角度来说,使用上一节里介绍的libmodbus函数即可。但是,数据的传输必定涉及到底层数据传输。所以,从数据的收发过程,可以把使用libmodbus的源码分为3层:

  • APP:它知道要做什么,主设备要读写哪些寄存,从设备提供、接收什么数据
  • Modbus核心层:向上提供接口函数,向下调用底层代码构造数据包并发送、接收数据包并解析
  • 后端(数据传输):进行硬件相关的数据封包与发送、接收与解包

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对于核心层、后端,抽象出了如下结构体:

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核心层modbus_t结构体的成员含义如下:

成员含义
int slave;从站设备地址
int s;RTU下是串口句柄,TCP下是Socket
int debug;是否启动Debug模式(打印调试信息)
int error_recovery;错误恢复模式:MODBUS_ERROR_RECOVERY_NONE:由APP处理错误MODBUS_ERROR_RECOVERY_LINK:如果有连接错误,则重连MODBUS_ERROR_RECOVERY_PROTOCOL:如果数据不符合协议要求,则清空所有数据
int quirks;一些奇怪的功能,比如:MODBUS_QUIRK_MAX_SLAVE:从站地址最大值可以到达255MODBUS_QUIRK_REPLY_TO_BROADCAST:回应广播包
struct timeval response_timeout;等待回应的超时时间,默认是0.5S
struct timeval byte_timeout;接收一个字节的超时时间,默认是0.5S
struct timeval indication_timeout;等待请求的超时时间
const modbus_backend_t *backend;硬件传输层的结构体
void *backend_data;硬件传输层的私有数据

后端modbus_backend_t结构体的成员含义如下:

成员含义
unsigned int backend_type;后端类型,是RTU还是TCP
unsigned int header_length;头部长度,比如RTU数据包前面需要有1字节的设备地址,头部长度就是1
unsigned int checksum_length;校验码长度,RTU的校验码是2字节
unsigned int max_adu_length;ADU(数据包)最大长度
set_slave设置从站地址
build_request_basis设置RTU请求包的基本数据,这些数据的格式是一样的,比如req[0]是从设备地址,req[1]是功能码,req[2]和req[3]是寄存器地址,req[4]和req[5]是寄存器数量
build_response_basis设置RTU回应包的基本数据,这些数据的格式是一样的,比如req[0]是从设备地址,req[1]是功能码
prepare_response_tid生产传输标识TID,在TCP中使用
send_msg_pre发送消息前的准备工作,对于RTU是填充CRC检验码,对于TCP是填充头部的Length
send发送数据包
receive接收数据包
recv接收原始数据,receive会调用recv得到原始数据然后解析出数据包
check_integrity检查数据包的完整性
pre_check_confirmation检查响应数据包是否有效时,先执行pre_check_confirmation做一些简单的检查
connect硬件相关的连接,对于RTU就是打开串口、设置串口波特率等;对于TCP则是连接对端
is_connected判断是否已经连接
close关闭连接
flush清空接收到的、未处理的数据
select阻塞一段时间以等待数据
free释放分配的modbus_t等结构体

6.2.3 情景分析

以“modbus_write_bits”函数为例,分析下图的执行流程:

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1. 初始化
2. 主设备发送请求
3. 从设备接收请求
4.从设备回应

6.2.4 常用接口函数

下面分析 libmodbus开发库提供的所有接口API函数。其主要对象文括 modbus.h 和 modbus.c ,接口函数大致可分为3类,以下分别进行介绍。

1. 各类辅助接口函数

MODBUS_API int modbus_set_slave(modbus t * ctx,int slave)

此函数的功能是设置从站地址,但是由于传输方式不同而意义稍有不同。

  • RTU模式 :

如果 libmodbus应用于 主站设备端,则相当于定义 远端设备ID ;如果libmodbus应用于从站设备端 ,则相当于定义 自身设备 ID ;在 RTU 模式下参数 slave 取值范围为 0~247 ,其中 0(MODBUS_BROADCAST_ADDRESS) 为广播地址。

  • TCP模式:

通常,TCP 模式下此函数不需要使用。在某些特殊场合,例如串行 Modbus设备转换为 TCP模式传输的情况下,此函数才被使用。此种情况下,参数 slave取值范围为 0~247 ,0 为广播地址;如果不进行设置,则 TCP 模式下采用默认值 MODBUS TCP SLAVE(OXFF) 。

下面的代码以 RTU模式、主设备(MASTER)端为例:

modbus_t * ctx;ctx=modbus_new_rtu("COM4"115200'N'81);if (ctx ==NULL){fprintf(stderr"Unable to create the libmodbus context\n");return -1;}rc =modbus_set_slave(ctx,YOUR DEVICE ID);if (rc==-1){fprintf(stderr"Invalid slave ID\n");modbus free(ctx);return -1;}if (modbus connect(ctx)==-1){fprintf(stderr,"Connection failed:sn",modbus strerror(errno));modbus free(ctx);return -1;} 

MODBUS_APIintmodbus_set_error_recovery(modbus_t*ctx,modbus_error_recovery_mode error_recovery):

此函数用于在连接失败或者传输异常的情况下,设置错误恢复模式。有 3种错误恢复模式可选。

typedef enum{MODBUS_ERROR_RECOVERY_NONE        =0,             //不恢复MODBUS_ERROR_RECOVERY_LINK        =(1<<1),           //链路层恢复MODBUS_ERROR_RECOVERY_PROTOCOL      =(1<<2)           //协议层恢复}modbus error recovery mode;

默认情况下,设置为 MODBUS_ERROR_RECOVERY_NONE ,由应用程序自身处理错误;若设置为 MODBUS_ERROR_RECOVERY_LINK ,则经过一段延时 libmodbus 内部自动尝试进行断开/连接;若设置为 MODBUS_ERROR_RECOVERY_PROTOCOL ,则在传输数据 CRC 错误或功能码错误的情况下,传输会进入延时状态,同时数据直接被清除。在 SLAVE/SERVER 端,不推荐使用此函数。

基本用法举例:

modbus_set_error_recovery(ctx,MODBUS_ERROR_RECOVERY_LINK|MODBUS_ERROR_RECOVERY_PROTOCOL);

MODBUS_API int modbus_set_socket(modbus t * ctx,int s)

此函数设置当前 SOCKET 或串口句柄要用于多客户端连接到单一服务器的场合。简单用法举例如下,后续介绍函数 modbus_tcp_listen() 时将会进一步介绍相关用法。

#define NB_CONNECTION 5modbus_t * ctx;ctx=modbus_new_tcp("127.0.0.1", 1502)server_socket = modbus_tcp_listen(ctx,NB_CONNECTION);FD_ZERO(&rdset);FD_SET(server_socket,&rdset);/* ... */if (FD_ISSET(master_socket,&rdset)){modbus_set_socket(ctx,master_socket);rc =modbus_receive(ctx,query);if(rc!=-1){modbus_reply(ctx,query, rc,mb_mapping);}}

MODBUS_API int modbus_get_response_timeout (modbus_t * ctx, uint32_t * to_sec, uint32_t * to_usec);

MODBUS_API int modbus_set_response_timeout (modbus_t * ctx, uint32_t * to_sec, uint32_t * to_usec);

用于获取或设置响应超时,注意时间单位分别是秒和微秒。

MODBUS_API int modbus_get_byte_timeout (modbus_t * ctx, uint32_t * to_sec,uint32_t * to_usec);

MODBUS_API int modbus_set_byte_timeout (modbus_t * ctx, uint32_t * to_sec,uint32_t * to_usec);

用于获取或设置连续字节之间的超时时间,注意时间单位分别是秒和微秒。

MODBUS_API intmodbus_get_header_length (modbus_t * ctx);

获取报文头长度。

MODBUS_API int modbus_connect (modbus_t * ctx);

此函数用于主站设备与从站设备建立连接。

在 RTU 模式下,它实质调用了文件 modbus_rtu.c 中的函数 static int modbus_rtu_connect (modbus_t * ctx) ;在此函数中进行了串口波特率校验位、数据位、停止位等的设置。

在 TCP 模式下,modbus_connect() 调用了文件 modbus_tcp.c 中的函数 static int_modbus_tcp_connect (modbus_t * ctx ) ;在函数 _modbus_tcp_connect() 中,对 TCP/IP 各参数进行了设置和连接。

MODBUS_API void modbus_close (modbus_t * ctx);

关闭 Modbus 连接。在应用程序结束之前,一定记得调用此函数关闭连接在 RTU 模式下,实质是调用函数 _modbus_rtu_close(modbus_t * ctx) 关闭串口句柄;在 TCP 模式下,实质是调用函数 _modbus_tcp_close(modbust * ctx) 关闭 Socket 句柄。

MODBUS_API void modbus_free (modbus_t * ctx);

释放结构体 modbus_t 占用的内存。在应用程序结束之前,一定记得调用此函数

MODBUS_API int modbus_set_debug (modbust * ctx, int flag);

此函数用于是否设置为DEBUG模式。

若参数 flag 设置为TRUE,则进入 DEBUG模式。若设置为FALSE,则切换为非 DEBUG模式。在 DEBUG模式下所有通信数据将按十六进制方式显示在屏幕上,以方便调试。

MODBUS_API const char * modbus_strerror (int errnum);

此函数用于获取当前错误字符串。

2. 各类Modbus功能接口函数

MODBUS_API int modbus_read_bits (modbus t * ctx, int addr, int nb, uint8_t * dest);

此函数对应于功能码 01(0x01) 读取线圈/离散量输出状态(Read Coil Status/DOs),其中,所读取的值存放于参数 uint8_t * dest 指向的数组空间因此 dest 指向的空间必须足够大,其大小至少为 nb * sizeof(uint8_t) 个字节。

用法举例:

#define SERVER ID        1
#define ADDRESS START      0
#define ADDRESS END       99modbus_t * ctx;uint8_t * tab_rp_bits;
int rc;
int nb;ctx=modbus_new_tcp("127.0.0.1",502);
modbus_set_debug(ctx,TRUE);
if (modbus_connect(ctx)==-1){fprintf(stderr,"Connection failed:%s\n", modbus_strerror(errno));modbus free(ctx);return -1;
}//申请存储空间并初始化
int nb = ADDRESS_END - ADDRESS_START;
tab_rp_bits = (uint8_t * ) malloc (nb * sizeof(uint8_t));
memset(tab_rp_bits, 0, nb * sizeof(uint8_t));//读取一个线圈
int addr =1;
rc =modbus_read_bits(ctx,addr,1,tab_rp_bits);
if (rc !=1)
{printf("ERROR modbus_read_bits_single (%d)\n", rc);printf("address =%d\n", addr);
}//读取多个线圈rc =modbus_read_bits(ctx,addr,nb,tab_rp_bits);
if (rc !=nb)
{printf("ERROR modbus_read_bits\n");printf("Address =%d,nb =%d\n", addr, nb);
}//释放空间关闭连接free(tab_rp_bits);
modbus_close(ctx);
modbus_free(ctx);

MODBUS_API int modbus_read_input_bits (modbus_t * ctx, int addr, int nb,uint8_t * dest);

此函数对应于功能码 02(0x02) 读取离散量输入值(Read Input Status/DIs),各参数的意义与用法,类似于函数 modbus_read_bits() 。

MODBUS_API int modbus_read_registers (modbus_t * ctx, int addr, int nb,uint16_t * dest);

此函数对应于功能码 03(0x03) 读取保持寄存器(Read Holding Register),其中,所读取的值存放于参数 uint16_t * dest 指向的数组空间因此 dest 指向的空间必须足够大,其大小至少为 nb * sizeof(uint16_t) 个字节。

当读取成功后,返回值为读取的寄存器个数;若读取失败,则返回-1。此函数调用依赖关系如下图6-5所示。

用法举例:

img

modbust * ctx;
uint16_t tab_reg[64];
int rc;
int i;ctx=modbus_new_tcp("127.0.0.1",502);
if (modbusconnect(ctx)==-1)
{fprintf(stderr,"Connection failed:%s\n", modbus_strerror(errno));modbus_free(ctx);return -1;
}//从地址0开始连续读取10个rc =modbus_read_registers(ctx,0,10,tab_reg);
if (rc ==-1)
{fprintf(stderr,"%s\n",modbus_strerror(errno));return -1;
}for (i=0;i<rc;i++)
{printf("reg[%d]=%d(0x%X)\n",i,tab_reg[i],tab_reg[i]);
}modbus_close(ctx);
modbus_free(ctx);

MODBUS_API int modbus_read_input_registers (modbus_t * ctx,int addr, int nb, uint16_t * dest );

此函数对应于功能码 04(0x04) 读取输人寄存器(Read Iput Register),各参数的意义与用法,类似于函数 modbus_read_registers() 。

此函数的调用依赖关系如下图 6-6 所示。

图6-6函数 modbus_read input_registers()的调用依赖关系

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MODBUS_API int modbus_write_bit (modbus_t * ctx, int coil_addr, int status):

该函数对应于功能码 05(0x05) 写单个线圈或单个离散输出(Force SingleCoil)。其中参数 coil_addr 代表线圈地址;参数 status 代表写值取值只能是TRUE(1)或 FALSE(0) 。

MODBUS_API int modbus_write_register (modbus_t * ctx,int reg_addr, int value):

该函数对应于功能码 06(0x06) 写单个保持寄存器(Preset Single Register)。

MODBUS_API int modbus_write_bits (modbus_t * ctx, int addr, int nb, const uint8_t * data):

该函数对应于功能码 15(0x0F) 写多个线圈(Force Multiple Coils)

参数 addr 代表寄存器起始地址,参数 nb 表示线圈个数,而参数 const uint8_t * data 表示待写入的数据块。一般情况下,可以使用数组存储写入数据,数组的各元素取值范围只能是 TRUE(1)或 FALSE(0) 。

MODBUS_API int modbus_write_registers (modbus_t * ctx, int addr, int nb, const uint16_t * data):

该函数对应于功能码 16(0x10) 写多个保持存器(Preset MultipleRegisters)

参数 addr 代表寄存器起始地址,参数 nb 表示存器的个数而参数 const uint16_t * data 表示待写人的数据块。一般情况下,可以使用数组存储写入数据数组的各元素取值范围是 0~0xFFFF 即数据类型 uint16_t 的取值范围。

MODBUS_API int modbus_mask_registers (modbus_t * ctx, int addr, uint16_t and_mask, uint16_t or_mask ):

modbus_mask_write_register() 函数应使用以下算法修改远程设备地址“addr”处的保持寄存器的值:

新值 = (current value AND ‘and’) OR (‘or’ AND (NOT ‘and’)) 。

该功能使用 Modbus 功能代码 0x16(掩码单个寄存器)。

MODBUS_API int modbus_write_and_read_registers (mobus_t * ctx ,

int writer_addr,

int writer_nb,

const uint16_t * src,

int read_addr,

int read_nb,

uint16_t * dest);

modbus_write_and_read_registers() 函数应将 write_nb 保持寄存器的内容从数组 “src” 写入远程设备的地址 write_addr ,然后将 read_nb 保持寄存器的内容读取到远程设备的地址 read_addr 。读取结果作为字值(16 位)存储在 dest 数组中。

必须注意分配足够的内存来存储结果 dest (至少 nb * sizeof(uint16_t))。该功能使用 Modbus 功能代码 0x17(写/读寄存器)。

MODBUS_API int modbus_report_slave_id (modbus_t * ctx, int max_dest, uint8_t * dest):

该函数对应于功能码 17(0x11) 报告从站ID。参数 max_dest 代表最大的存储空间,参数 dest 用于存储返回数据。返回数据可以包括如下内容:从站 ID状态值(0x00= OFF状态, 0xFF=ON状态) 以及其他附加信息,具体的各参数意义由开发者指定。

用法举例:

uint8_t tab_bytes[MODBUS_MAX_PDU_LENGTH];...rc =modbus_report_slave_id(ctx, MODBUS_MAX_PDU_LENGTH, tab_bytes);if (rc>1)
{printf("Run Status Indicator: %s\n",tab_bytes[1] ?"ON":"OFF");
}
3. 数据处理的相关函数或宏定义

在libmodbus开发库中,为了方便数据处理在 modbus.h 文件中定义了一系列数据处理宏。

例如获取数据的高低字节序宏定义:

#define MODBUS_GET_HIGH_BYTE (data) (((data) >>8) & 0xFF)
#define MODBUS_GET_LOW_BYTE (data) ((data) & 0xFF)

对于浮点数等多字节数据而言,由于存在字节序与大小端处理等的问题,所以辅助定义了一些特殊函数:

MODBUS_API float modbus_get_float (const uint16_t * src);MODBUS_API float modbus_get_float_abcd (const uint16_t * src);MODBUS_API float modbus_get_float_dcba (const uint16_t * src);MODBUS_API float modbus_get_float_badc (const uint16_t * src);MODBUS_API float modbus_get_float_cdab (const uint16_t * src);MODBUS_API void modbus_set_float (float f,uint16_t * dest);MODBUS_API void modbus_set_float_abcd (float f,uint16_t * dest);MODBUS_API void modbus_set_float_dcba (float f,uint16_t * dest);MODBUS_API void modbus_set_float_badc (float f,uint16_t * dest);MODBUS_API void modbus_set_float_cdab (float f,uint16_t * dest);

当然,可以参照 float 类型的处理方法,继续定义其他多字节类型的数据例如int32_t、uint32_t、 int64_t、uint64_t 以及 double 类型的读写函数。

6.2.5 RTU/TCP关联接口函数

在文件 modbus.h 的最后位置,有如下语句

#include “modbus-tcp.h”

#include “modbus-rtu.h”

可以发现,除了 modbus.h 包含的接口函数之外,modbus-rtu.h 和 modbus-tcp.h 也包含了必要的接口函数。

1. RTU模式关联函数

MODBUS_API modbus_t * modbus_new_rtu (const char * device, int baud, char parity, int data_bit, int stop_bit):

此函数的功能是创建一个 RTU 类型的 modbus_t 结构体。参数 const char * device 代表串口字符串,在 Windows 操作系统下形态如 “COMx” ,有一点需要注意的是,对于串口1串口9来说,,传递 “COM1”“COM9” 可以 成功 ,但是如果操作对象为 COM10及以上端口 ,则会出现 错误。

产生这种奇怪现象的原因是:微软预定义的标准设备中含有 “COM1”~“COM9” 。所以,“COM1”~“COM9” 作为文件名传递给函数时操作系统会自动地将之解析为相应的设备。但对于 COM10 及以上的串口,“COM10” 之类的文件名系统只视之为 一般意义上的文件,而非串行设备。为了增加对 COM10 及以上串行端口的支持,微软规定,如果要访问这样的设备,应使用这样的文件名(以COM10 为例):\\.\ COM10。

所以,使用时在代码中可以如此定义:.

const char * device = “\\.\COM10”;

在Linux操作系统下可以使用”/dev/ttySo”或”/dev/ttyUSB0”等形式的字符串来表示。而参数 int baud 表示串口波特率的设置值,例如:9600、19200、57600、115200等。

参数char parity 表示奇偶校验位,取值范围:

  • ‘N’:无奇偶校验;
  • ‘E’:偶校验;
  • ‘O’:奇校验。

参数 int data_bit 表示数据位的长度,取值范围为 5、6、7和8。

参数int stop_bit 表示停止位长度,取值范围为1或2。

用法举例:

modbus t *ctx;ctx=modbus_new_rtu("\\\\.\\COM10",115200,'N',8,1);if (ctx ==NULL)
{fprintf(stderr,"Unable to create the libmodbus context\n");return -1;
}modbus_set_slave(ctx,SLAVE_DEVICE_ID);if (modbus connect(ctx)==-1)
{fprintf(stderr,"Connection failed:%s\n",modbus_strerror(errno));modbus_free(ctx);return -1;
}

MODBUS_API int modbus_rtu_set_serial_mode (modbus_t * ctx, int mode):

该函数用于设置串口为 MODBUS RTU RS232或MODBUSRTU_RS485模式,此函数只适用于 Linux 操作系统下。

MODBUS_API int modbus_rtu_set_rts (modbus_t * ctx, int mode)。

MODBUS_API int modbus_rtu_set_custom_rts (modbus_t * ctx, void ( * set_rts) (modbus_t * ctx, int on))。

MODBUS_API int modbus_rtu_set_rts_delay (modbus_t * ctx, int us)。

以上函数只适用于 Linux 操作系统下,RTS 即Request ToSend 的缩写,具体的意义可通过网络搜索,一般情况下,此类函数可忽略。

2. TCP模式关联函数

MODBUS_API modbus_t * modbus_new_tcp (const char *ip_address, int port)

此函数的功能是创建一个TCP/IPv4 类型的modbus_t 结构体。

参数 const char * ip_address 为IP地址,port 表示远端设备的端口号。

MODBUS_API int modbus_tcp_listen (modbus_t * ctx, int nb_connection)。

此函数创建并监听一个 TCP/IPv4 上的套接字。

参数int nb_connection 代表最大的监听数量,在调用此函数之前,必须首先调用modbus_new_tcp() 创建modbus_t结构体。

MODBUS_API int modbus_tcp_accept (modbus_t * ctx,int * s)。

此函数接收一个 TCP/IPv4 类型的连接请求,如果成功将进入数据接收状态。

6.3 libmodbus移植与使用

6.3.1 移植方法

以串口为例,libmodbus支持了windows系统、Linux系统。如果要在Freertos或者裸机上使用libmodbus,需要移植libmodbus里操作硬件的代码。

根据下图的层次,要移植libmodbus的“后端”,就是构造自己的modbus_backend_t结构体:

img

后端modbus_backend_t结构体的成员含义如下:

成员含义
unsigned int backend_type;后端类型,是RTU还是TCP
unsigned int header_length;头部长度,比如RTU数据包前面需要有1字节的设备地址,头部长度就是1
unsigned int checksum_length;校验码长度,RTU的校验码是2字节
unsigned int max_adu_length;ADU(数据包)最大长度
set_slave设置从站地址
build_request_basis设置RTU请求包的基本数据,这些数据的格式是一样的,比如req[0]是从设备地址,req[1]是功能码,req[2]和req[3]是寄存器地址,req[4]和req[5]是寄存器数量
build_response_basis设置RTU回应包的基本数据,这些数据的格式是一样的,比如req[0]是从设备地址,req[1]是功能码
prepare_response_tid生产传输标识TID,在TCP中使用
send_msg_pre发送消息前的准备工作,对于RTU是填充CRC检验码,对于TCP是填充头部的Length
send发送数据包
receive接收数据包
recv接收原始数据,receive会调用recv得到原始数据然后解析出数据包
check_integrity检查数据包的完整性
pre_check_confirmation检查响应数据包是否有效时,先执行pre_check_confirmation做一些简单的检查
connect硬件相关的连接,对于RTU就是打开串口、设置串口波特率等;对于TCP则是连接对端
is_connected判断是否已经连接
close关闭连接
flush清空接收到的、未处理的数据
select阻塞一段时间以等待数据
free释放分配的modbus_t等结构体

本节先写出模板:

根据这个源码:

img

改出:

img

6.3.2 使用USB串口作为后端

基于这2个程序:

img

img

第1步:合并上述2个源码,并修改到能编译成功(但是libmodbus里对USB串口的操作),结果放在如下目录:

img

第2步,继续修改上图的代码,实现USB串口作为后端,得到以下代码:

img

USB串口的操作函数:

/* 发送数据 */int ux_device_cdc_acm_send(uint8_t *datas, uint32_t len, uint32_t timeout);/* 接收数据 */int ux_device_cdc_acm_getchar(uint8_t *pData, uint32_t timeout);

6.3.3 libmodbus从机实验(USB串口)

本节源码为:

img

参考“libmodbus-3.1.10\tests\unit-test-server.c”,把开发板当做从机,使用PC上Modbus Poll软件读写开发板:控制LED。

要点:

① printf、fprintf、vfprintf都不能使用,改成空的宏

6.3.4 libmodbus主机实验(USB串口)

本节源码为:

img

参考“libmodbus-3.1.10\tests\unit-test-client.c”,把开发板当做主机,去读写PC上Modbus Slave软件模拟的从机。

6.3.5 使用板载串口作为后端

学习本节课程前,先观看《3.5.3 面向对象封装UART》,并且观看对应视频《3-9-1_面向对象封装UART_完善收发功能》、《3-9-2_面向对象封装UART_实现结构体》。

本节代码如下:

img

按照下图连线:调试、供电、两个485互连,使用CH1(左边的RS485接口)作为主设备,访问CH2(右边的RS485接口):

img

1. 使用UART_Device

这2个视频,是在开始本节课程之前才补录的:《3-9-1_面向对象封装UART_完善收发功能》、《3-9-2_面向对象封装UART_实现结构体》。这两个视频里,把UART2、UART4的发送、接收功能都补全了,并且构造了对应的UART_Device结构体,里面实现了初始化、发送、接收一个自己的的函数,如下:

把UART2、UART4封装为UART_Device的代码为:“3_程序源码\01_视频配套的源码\3-9_面向对象封装UART\uart_rtos_all_ok.7z”。需要把它的代码移植到本节的工程里:

  • 使用STM32CubeMX配置UART2、UART4:发送、接收都使用DMA
  • 复制代码:Core\Src\usart.c、Drivers\Module_driver\uart_device.c/h

使用STM32CubeMX配置的过程如下:

  • 使能DMA通道:

img

  • 各个DMA通道的配置如下:

img

2. 用作后端

把UART2、UART4用作libmodbus后端时,只需要修改这几个函数即可:

img

有两个UART_Device,调用哪个UART_Device?在使用“modbus_new_st_rtu”创建modbus_t时,根据传入的设备名在modbus_t结构体里记录对应的UART_Device。_modbus_rtu_connect、_modbus_rtu_send、_modbus_rtu_recv这三个函数,就可以直接调用modbus_t结构体里的UART_Device函数了。

6.3.6 libmodbus实验(板载串口)

本节源码为:

img

按照下图连线:调试、供电、两个485互连:

img

创建一个ClientTask,使用CH2(右边的RS485接口)对外通信。

创建一个ServerTask,使用CH1(左边的RS485接口)读写从设备数据。

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