使用協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)Modbus ASCII主站應(yīng)用

自從開源了我們自己開發(fā)的Modbus協(xié)議棧之后，有很多朋友建議我針對性的做幾個示例。所以我們就基于平時我們的應(yīng)用整理了幾個簡單但可以說明基本的應(yīng)用方法的示例，這一篇中我們來使用協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)Modbus ASCII主站應(yīng)用。

1 、何為ASCII主站

我們知道Modbus協(xié)議是一個主從協(xié)議，所以就存在主站和從站之分。所謂主站，簡單來說就是能夠主動發(fā)起通訊的站點(diǎn)，所以我們可以說主站就是發(fā)起通訊的一方。

對于ASCII主站來說，它的數(shù)據(jù)需要從從站獲取，所以主站要通過通訊的方式與從站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交流。在Modbus ASCII協(xié)議中從站不會主動向外發(fā)送數(shù)據(jù)，所以只有在ASCII主站發(fā)送數(shù)據(jù)請求，從站才會向其返回請求的數(shù)據(jù)。這一過程如下圖所示：

從上圖我們不難看出，首先主站要主動發(fā)起數(shù)據(jù)請求，這也是它為什么被稱之為主站的緣由。它首先告訴從站我需要哪些數(shù)據(jù)。然后從站按照主站的請求返回數(shù)據(jù)。主站得到響應(yīng)后解析數(shù)據(jù)，這樣就完成了主從站之間的一次數(shù)據(jù)通訊。所以主站就需要主動發(fā)起每一次數(shù)據(jù)通訊的對象。

雖然Modbus ASCII與Modbus RTU都是基于串行鏈路來實(shí)現(xiàn)的，但在數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱笪母袷缴洗嬖谳^大區(qū)別。相比于Modbus RTU，Modbus ASCII采用ASCII碼的形式來發(fā)送報文，并且有確定的起始字符和結(jié)束字符。具體結(jié)構(gòu)如下：

在ASCII模式下，每個8位的字節(jié)被拆分成兩個ASCII字符進(jìn)行發(fā)送。對于數(shù)據(jù)部分，根據(jù)具體發(fā)送的數(shù)據(jù)量來確定長度。校驗(yàn)方式則采用的是LRC校驗(yàn)方式。LRC校驗(yàn)較為簡單，把每一個需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)迭加后取反加1即可。

2 、如何實(shí)現(xiàn)ASCII主站

我們已經(jīng)簡單的說明了什么是ASCII的主站，那么如何實(shí)現(xiàn)這一主站呢？其實(shí)在協(xié)議棧中，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了主站的數(shù)據(jù)請求命令的合成以及響應(yīng)數(shù)據(jù)的解析，所以我們使用協(xié)議棧來實(shí)現(xiàn)ASCII主站時，我們需要做的就是控制何時將協(xié)議棧合成的主站請求命令發(fā)出以及如何解析數(shù)據(jù)響應(yīng)進(jìn)而得到想要的數(shù)據(jù)的過程。

在我們的協(xié)議棧中實(shí)現(xiàn)了0x01、0x02、0x03、0x04、0x05、0x06、0x0F以及0x10等功能碼。也就是說主站對象可以生成面向這些功能碼的從站數(shù)據(jù)請求。也可以解析面向這些功能碼的從站數(shù)據(jù)響應(yīng)。可以表示為下圖所示：

從上圖我們很清楚，協(xié)議棧已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了面向這些功能碼的數(shù)據(jù)請求命令的生成以及數(shù)據(jù)響應(yīng)消息的解析。我們使用協(xié)議棧時需要做的就是要告訴協(xié)議棧我要生成哪些數(shù)據(jù)請求命令以及如何解析數(shù)據(jù)響應(yīng)消息。

2.1 、怎么生成數(shù)據(jù)請求

對于數(shù)據(jù)請求，我們不一定需要面向全部功能碼的請求，我們只需要根據(jù)我們的需求合成我們想要的請求。

在協(xié)議棧中，針對數(shù)據(jù)請求的生成我們定義了一個從站訪問命令生成函數(shù)。該函數(shù)的原型如下：

uint16_t CreateAccessAsciiSlaveCommand(ObjAccessInfo objInfo, void*dataList, uint8_t *commandBytes)

該函數(shù)有3個參數(shù)，其中ObjAccessInfo objInfo為對象訪問信息；void*dataList為數(shù)據(jù)列表指針，該參數(shù)主要用于寫從站功能的命令生成；uint8_t *commandBytes為返回的從站訪問命令。

ObjAccessInfo是一個結(jié)構(gòu)體，向函數(shù)傳遞我們想要生成的從站訪問命令的相關(guān)信息，包括站地址，功能碼，起始地址和數(shù)量。該結(jié)構(gòu)體的定義如下：

/*定義用于傳遞要訪問從站（服務(wù)器）的信息*/
typedef struct{
  uint8_t unitID;
  FunctionCode functionCode;
  uint16_t startingAddress;
  uint16_t quantity;
}ObjAccessInfo;

2.2 、怎么解析數(shù)據(jù)響應(yīng)

對于數(shù)據(jù)響應(yīng)，我們同樣不需要考慮全部的操作碼，我們一般需要考慮讀請求的響應(yīng)，因?yàn)樗麄兊臄?shù)據(jù)需要解析。而對于寫請求返回數(shù)響應(yīng)只是告訴主站成功或者不成功，即使不成功只需要在寫一次就可以了，不存在數(shù)據(jù)更新的問題。

在協(xié)議棧中，我們實(shí)現(xiàn)了主站解析從站數(shù)據(jù)響應(yīng)的解析函數(shù)。使用這一函數(shù)我們只需要將收到的數(shù)據(jù)響應(yīng)報文傳遞給解析函數(shù)就可以完成解析。該函數(shù)的原型定義如下：

void ParsingAsciiSlaveRespondMessage(AsciiLocalMasterType master,uint8_trecievedMessage, uint8_t *command,uint16_t rxLength)

這個函數(shù)有4個參數(shù)，其中RTULocalMasterType master為主站對象；uint8_trecievedMessage為接收到的響應(yīng)消息；uint8_t *command為發(fā)送的命令序列。uint16_t rxLength是接受到的數(shù)據(jù)響應(yīng)消息的長度。將這幾個參數(shù)傳遞給解析函數(shù)就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)響應(yīng)的解析。

AsciiLocalMasterType 是一個結(jié)構(gòu)體，用以生命一個主站對象，這個對象就是我們要實(shí)現(xiàn)各種操作的主站，這一結(jié)構(gòu)體的定義如下：

/* 定義本地ASCII主站對象類型 */
typedef struct LocalASCIIMasterType{
  uint32_t flagWriteSlave[8];   //寫一個站控制標(biāo)志位，最多256個站，與站地址對應(yīng)。
  uint16_t slaveNumber;         //從站列表中從站的數(shù)量
  uint16_t readOrder;           //當(dāng)前從站在從站列表中的位置
 AsciiAccessedSlaveType *pSlave;        //從站列表
 UpdateCoilStatusType pUpdateCoilStatus;       //更新線圈量函數(shù)
 UpdateInputStatusType pUpdateInputStatus;     //更新輸入狀態(tài)量函數(shù)
 UpdateHoldingRegisterType pUpdateHoldingRegister;     //更新保持寄存器量函數(shù)
 UpdateInputResgisterType pUpdateInputResgister;       //更新輸入寄存器量函數(shù)
}AsciiLocalMasterType;

3 、 ASCII****主站編碼

我們已經(jīng)設(shè)計了一個簡單的ASCII主站示例，接下來我們就來編碼實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證這一示例。

3.1 、定義ASCII主站對象

首先我們要聲明一個主站對象，這是我們操作的基礎(chǔ)。在接下來的各種操作中我們都是基于這一對象來實(shí)現(xiàn)的。具體操作如下：

AsciiLocalMasterType asciiMaster;

定義了這個主站對象后，我們還需要對這一對象進(jìn)行初始化。協(xié)議棧同樣提供了一個主站對象的初始化函數(shù)。函數(shù)的原型定義如下：

/*初始化ASCII主站對象*/
voidInitializeASCIIMasterObject(AsciiLocalMasterType *master,
                        uint16_t slaveNumber,
                        AsciiAccessedSlaveType*pSlave,
                        UpdateCoilStatusTypepUpdateCoilStatus,
                        UpdateInputStatusTypepUpdateInputStatus,
                       UpdateHoldingRegisterType pUpdateHoldingRegister,
                       UpdateInputResgisterType pUpdateInputResgister
                        )

該函數(shù)的參數(shù)除了主站對象外，還有從站的數(shù)量即從站對象列表，還有四個數(shù)據(jù)更新函數(shù)指針。這幾個函數(shù)指針將應(yīng)用于數(shù)據(jù)響應(yīng)的解析過程中，具體在后面描述。使用這一初始化函數(shù)實(shí)現(xiàn)對主站對象的初始化，使其能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)操作，具體如下：

/ 初始化RTU主站對象 /

InitializeASCIIMasterObject(&asciiMaster,2,asciiSlave,NULL,NULL,NULL,NULL);

這里我們將幾個數(shù)據(jù)處理函數(shù)指針變量傳入NULL，表示初始化為默認(rèn)的操作函數(shù)，當(dāng)然我們也可以編寫這些函數(shù)，在后續(xù)的數(shù)據(jù)解析時將會詳細(xì)說明。

3.2 、生成主站數(shù)據(jù)請求

在前面，我們已經(jīng)描述了數(shù)據(jù)請求命令的生成函數(shù)，該函數(shù)有一個ObjAccessInfo參數(shù)，這個參數(shù)用于傳遞需要生成命令的信息。這是一個結(jié)構(gòu)體，我們需要定義一個對象變量。

ObjAccessInfo asciiInfo;

然后使用這個對象來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)請求的生成。具體操作如下所示：

/* 生成1號從站訪問命令 */
 asciiInfo.unitID=asciiSlave[0].stationAddress;
 asciiInfo.functionCode=ReadCoilStatus;
  asciiInfo.startingAddress=0x0000;
  asciiInfo.quantity=8;
 
 CreateAccessAsciiSlaveCommand(asciiInfo,NULL,aSlave1ReadCommand[0]);

生成的數(shù)據(jù)請求什么時候發(fā)送給完全由主進(jìn)程來實(shí)現(xiàn)已經(jīng)與協(xié)議棧沒有關(guān)系了。

3.3 、解析從站數(shù)據(jù)響應(yīng)

收到數(shù)據(jù)響應(yīng)后我們需要對其進(jìn)行解析。前面我們已經(jīng)介紹了解析從站數(shù)據(jù)響應(yīng)的函數(shù)。具體的調(diào)用形式如下：

ParsingAsciiSlaveRespondMessage(&asciiMaster,asciiRxBuffer,NULL,asciiRxLength);

我們對asciiMaster主站對象收到的從站響應(yīng)asciiRxBuffer進(jìn)行解析。最后傳入的NULL表示我們不指定主站發(fā)送的數(shù)據(jù)請求，而是讓主站從請求列表中去自己查找。

當(dāng)然我們需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新處理回調(diào)函數(shù)。這幾個函數(shù)是在對象初始化的時候以函數(shù)指針的形式傳遞的。原型如下：

/*更新讀回來的線圈狀態(tài)*/
__weak void UpdateCoilStatus(uint8_t salveAddress,uint16_tstartAddress,uint16_t quantity,bool *stateValue)
{
  //在客戶端（主站）應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)
}
 
/*更新讀回來的輸入狀態(tài)值*/
__weak void UpdateInputStatus(uint8_t salveAddress,uint16_tstartAddress,uint16_t quantity,bool *stateValue)
{
  //在客戶端（主站）應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)
}
 
/*更新讀回來的保持寄存器*/
__weak void UpdateHoldingRegister(uint8_t salveAddress,uint16_tstartAddress,uint16_t quantity,uint16_t *registerValue)
{
  //在客戶端（主站）應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)
}
 
/*更新讀回來的輸入寄存器*/
__weak void UpdateInputResgister(uint8_t salveAddress,uint16_t startAddress,uint16_tquantity,uint16_t *registerValue)
{
  //在客戶端（主站）應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)
}

我們可根據(jù)需要重定義這些函數(shù)，當(dāng)然我們沒有響應(yīng)的數(shù)據(jù)可以不必實(shí)現(xiàn)，如我們沒有使用輸入寄存器，那么更新輸入寄存器的回調(diào)函數(shù)則可以不用重定義。如下在我們的例子中重定義為：

/*更新讀回來的保持寄存器*/
 voidUpdateHoldingRegister(uint16_t startAddress,uint16_t quantity,uint16_t*registerValue)
{
  uint16_tstartRegister=HoldingResterEndAddress+1;
   
  switch(salveAddress)
  {
  case BPQStationAddress:       //更新讀取的變頻器參數(shù)
    {
      startRegister=36;
      break;
    }
  case PUMPStationAddress:      //更新蠕動泵
    {
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case JIG1StationAddress:      //更新擺臂小電機(jī)
    {
      startRegister=48;
      break;
    }
  case JIG2StationAddress:      //更新擺臂小電機(jī)
    {
      startRegister=52;
      break;
    }
  case JIG3StationAddress:      //更新擺臂小電機(jī)
    {
      startRegister=56;
      break;
    }
  case HLPStationAddress:       //更新紅外溫度
    {
     aPara.phyPara.hlpObjectTemperature=registerValue[0]/100.0;
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case ROL1StationAddress:      //更新擺臂控制
    {
     startRegister=quantity<3?60:62;
      break;
    }
  case ROL2StationAddress:      //更新擺臂控制
    {
     startRegister=quantity<3?70:72;
      break;
    }
  case ROL3StationAddress:      //更新擺臂控制
    {
     startRegister=quantity<3?80:82;
      break;
    }
  case DRUMStationAddress:      //更新滾筒電機(jī)
    {
     startRegister=quantity<3?90:92;
      break;
    }
  default:                      //故障態(tài)
    {
      startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  }
 
 if(startRegister<=HoldingResterEndAddress)
  {
    for(int i=0;i/*更新讀回來的輸入寄存器*/
void UpdateInputResgister(uint16_t startAddress,uint16_tquantity,uint16_t *registerValue)
{
  uint16_tstartRegister=HoldingResterEndAddress+1;
   
  switch(salveAddress)
  {
  case BPQStationAddress:       //更新讀取的變頻器參數(shù)
    {
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case PUMPStationAddress:      //更新蠕動泵
    {
      aPara.phyPara.pumpRotateSpeed=(uint16_t)((float)registerValue[1]*6.0/128.0+0.5);//第二版背板
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case JIG1StationAddress:      //更新擺臂小電機(jī)
    {
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case JIG2StationAddress:      //更新擺臂小電機(jī)
    {
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case JIG3StationAddress:      //更新擺臂小電機(jī)
    {
      startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case ROL1StationAddress:      //更新擺臂控制
    {
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case ROL2StationAddress:      //更新擺臂控制
    {
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case ROL3StationAddress:      //更新擺臂控制
    {
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  case DRUMStationAddress:      //更新滾筒電機(jī)
    {
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  default:                      //故障態(tài)
    {
     startRegister=HoldingResterEndAddress+1;
      break;
    }
  }
 
 if(startRegister<=HoldingResterEndAddress)
  {
    for(int i=0;i

4 、 ASCII****主站小結(jié)

我們實(shí)現(xiàn)了這個ASCII主站實(shí)例，我們可以使用如Modsim這樣的軟件在PC上模擬Modbus ASCII從站來測試這個主站應(yīng)用。如果自己編寫報文也可使用如串口助手之類的軟件測試。這里我們使用Modsim模擬從站，以AccessPort監(jiān)視其收發(fā)狀態(tài)，測試結(jié)果如下圖：

在使用協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)ASCII主站時需要注意，協(xié)議棧支持在同一設(shè)備上以不同的通訊端口實(shí)現(xiàn)不同的主站應(yīng)用，而且每一臺主站都支持多個從站。具體實(shí)現(xiàn)只需要根據(jù)協(xié)議棧定義就可以了。

我們來總結(jié)一下使用協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)主站應(yīng)用的步驟，以方便大家使用協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)Modbus ASCII主站應(yīng)用。

第一步，使用主站對象類型聲明一個主站對象。然后對這個主站對象進(jìn)行初始化。初始化主站對象時。需要指定從站數(shù)量，從站列表以及更新數(shù)據(jù)的回調(diào)函數(shù)指針。

第二步，生成訪問從站的數(shù)據(jù)請求列表。這個數(shù)據(jù)請求列表是按每一臺從站來劃分的，將列表的指針存在對應(yīng)的從站對象中。然后在需要的時候發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)請求。

第三步，解析接收的從站數(shù)據(jù)響應(yīng)。協(xié)議棧已經(jīng)定義好了解析函數(shù)，只需傳入消息就可自動解析。但是更新數(shù)據(jù)的回調(diào)函數(shù)必須根據(jù)具體的變量來編寫?？梢悦颗_主站獨(dú)立編寫也可使用默認(rèn)的函數(shù)。不過建議每臺主站獨(dú)立編寫，這樣比較清晰。

源碼下載： https://download.csdn.net/download/foxclever/12882021