物聯(lián)網(wǎng)中Modbus協(xié)議在DTU/RTU產(chǎn)品中的應(yīng)用

一 概述

Modbus 是由 Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌）在 1979 年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。ModBus 網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控。為更好地普及和推動(dòng) Modbus 在基于以太網(wǎng)上的分布式應(yīng)用，目前施耐德公司已將 Modbus 協(xié)議的所有權(quán)移交給 IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自動(dòng)化接口）組織，并成立了 Modbus-IDA 組織，為 Modbus 今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

在中國，Modbus 已經(jīng)成為國家標(biāo)準(zhǔn)，并有專業(yè)的規(guī)范文檔，感興趣的可以去查閱相關(guān)的文件，詳情如下：標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為:GB/T19582-2008文件名稱:《基于 Modbus 協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范》，主要包含三個(gè)部分：

GB-T19582.1-2008 第 1 部分：Modbus 應(yīng)用協(xié)議

GB-T19582.1-2008 第 2 部分：Modbus 協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)指南

GB-T19582.1-2008 第 3 部分：Modbus 協(xié)議在 TCP/IP 上的實(shí)現(xiàn)指南

二 Modbus 的作用

Modbus 協(xié)議是一種通信協(xié)議，而且是一種開放協(xié)議，因此廣泛地用于在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。它是最常用的串行通信協(xié)議之一，廣泛應(yīng)用于監(jiān)控和控制設(shè)備之間的通信。簡而言之，它是用于在電子設(shè)備之間的串行線路上傳輸信息的方法。請(qǐng)求信息的設(shè)備被稱為 Modbus 客戶端，提供信息的設(shè)備是 Modbus 服務(wù)器。Modbus 支持單主機(jī)，多個(gè)從機(jī)，在標(biāo)準(zhǔn) Modbus 網(wǎng)絡(luò)中，有一個(gè)客戶端和多達(dá) 247個(gè)服務(wù)器，每個(gè)服務(wù)器都有從 1 到 247 的唯一服務(wù)器地址。客戶端還可以向服務(wù)器寫入信息。

Modbus 通常用于從儀器和控制設(shè)備傳輸信號(hào)到主控制器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，例如用于測(cè)量溫度和濕度并將結(jié)果傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的系統(tǒng)。Modbus 通常用于將監(jiān)控計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端單元（RTU）連接在一起，這在監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)中使用。

Modbus 協(xié)議簡單易于實(shí)現(xiàn)，傳輸效率高，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。它支持多個(gè)設(shè)備之間的并行通信，可以實(shí)現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通。同時(shí)，Modbus 協(xié)議還具有跨平臺(tái)、跨廠商的特點(diǎn)，使得不同廠商

三 Modbus 的工作原理

1、四種數(shù)據(jù)類型

Modbus協(xié)議規(guī)定，進(jìn)行讀寫操作的數(shù)據(jù)類型，按照讀寫屬性和類型可分為以下4種：

內(nèi)存區(qū)塊	數(shù)據(jù)類型	主設(shè)備訪問	從設(shè)備訪問	內(nèi)容
離散量輸入	布爾	只讀	讀寫	I/O 系統(tǒng)提供這種類型數(shù)據(jù)
線圈	布爾	讀寫	讀寫	通過應(yīng)用程序改變這種類型數(shù)據(jù)
輸入寄存器	無符號(hào)雙字節(jié)整型	只讀	讀寫	I/O 系統(tǒng)提供這種類型數(shù)據(jù)
保持寄存器	無符號(hào)雙字節(jié)整型	讀寫	讀寫	通過應(yīng)用程序改變這種類型數(shù)據(jù)

2、三種工作模式

Modbus 協(xié)議主要有三種形式：Modbus ASCII、Modbus RTU 和 Modbus TCP/IP。Modbus ASCII 和 Modbus RTU 是基于串行通信的協(xié)議，而 Modbus TCP/IP 則是基于以太網(wǎng)的協(xié)議。

Modbus ASCII 是一種文本協(xié)議，使用 ASCII 碼表示數(shù)據(jù)。它使用起始字符（“:”）、從站地址、功能碼、數(shù)據(jù)、結(jié)尾字符（換行符 CR/LF）等字段來定義通信內(nèi)容，并采用的是 LRC 校驗(yàn)算法。數(shù)據(jù)以 ASCII 碼的形式傳輸，通常是通過 RS-232 或 RS-485 等串行通信接口進(jìn)行傳輸。

Modbus RTU 是一種二進(jìn)制協(xié)議，使用二進(jìn)制碼表示數(shù)據(jù)。它采用起始字符、從站地址、功能碼、數(shù)據(jù)等字段來定義通信內(nèi)容，并使用 CRC 校驗(yàn)位來保證數(shù)據(jù)的完整性。Modbus RTU 通常通過 RS-232、RS-485 或 RS-422 等串行通信接口進(jìn)行傳輸。

Modbus TCP/IP 是一種基于以太網(wǎng)的協(xié)議，使用 TCP/IP 協(xié)議棧進(jìn)行通信。它使用以太網(wǎng)幀作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆庋b，通過 IP 地址和端口號(hào)來標(biāo)識(shí)設(shè)備。其占用的是 502 端口，數(shù)據(jù)幀主要包括兩部分：MBAP（報(bào)文頭）+PDU（幀結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)塊與串行鏈路是一致的。Modbus TCP/IP 可以通過以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的遠(yuǎn)程通信。

3、三類功能碼

Modbus 協(xié)議定義了一系列功能碼，用于讀取和寫入設(shè)備的寄存器。常用的功能碼包括讀取保持寄存器、讀取輸入寄存器、寫單個(gè)保持寄存器等。通過組合使用功能碼和寄存器地址，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的讀取和控制操作。

Modbus 主要包括 3 類功能碼：公共功能碼、用戶定義功能碼和保留功能碼。

3.1 標(biāo)志功能碼

0 類代碼

0 類代碼通常被認(rèn)為是有效 Modbus 設(shè)備的最低配置，因?yàn)榇祟惔a可使主設(shè)備能夠讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)模型。

代碼	說明
3	讀取多寄存器
16	寫入多寄存器

1 類代碼 1 類功能碼由訪問所有類型的數(shù)據(jù)模型所需的其他代碼組成。在原始定義中，此列表包含功能碼 7（讀取異常）。但是，當(dāng)前規(guī)范規(guī)定此代碼為僅限于串行的代碼。

代碼	說明
1	讀取線圈
2	讀取離散量輸入
4	讀取輸入寄存器
5	寫入單個(gè)線圈
6	寫入單個(gè)寄存器
7	讀取異常狀態(tài)（僅限串行）

2 類代碼 2 類功能碼表示不太常用但更為專業(yè)化的功能。例如，讀取/寫入多個(gè)寄存器可能有助于減少請(qǐng)求-響應(yīng)周期的總數(shù)，但該行為仍可用 0 類代碼實(shí)現(xiàn)。

代碼	說明
15	寫入多個(gè)線圈
20	讀取文件記錄
21	寫入文件記錄
22	屏蔽寫入寄存器
23	讀取/寫入多個(gè)寄存器
24	讀取

3.2 Modbus 封裝接口

Modbus 封裝接口（MEI）代碼（即功能 43）用于封裝 Modbus 數(shù)據(jù)包內(nèi)的其他數(shù)據(jù)。目前，提供了兩個(gè) MEI 編號(hào)，即 13 (CANopen) 和 14（設(shè)備識(shí)別）。

功能 43/14（設(shè)備識(shí)別）非常有用，因?yàn)樗试S傳輸多達(dá) 256 個(gè)唯一的對(duì)象。其中一些對(duì)象已預(yù)定義并預(yù)留，例如供應(yīng)商名稱和產(chǎn)品代碼，但應(yīng)用程序可以將其他對(duì)象定義為作為通用數(shù)據(jù)集傳輸。

此類代碼并不常用。

3.3 異常

從設(shè)備使用異常來指示各種不良狀況，比如錯(cuò)誤請(qǐng)求或不正確輸入。但是，異常也可以作為對(duì)無效請(qǐng)求的應(yīng)用程序級(jí)響應(yīng)。從設(shè)備不會(huì)響應(yīng)發(fā)出異常的請(qǐng)求，而是忽略不完整或損壞的請(qǐng)求，并開始等待新的消息傳入。

異常以定義好的數(shù)據(jù)包格式報(bào)告給用戶。首先，將功能碼返回給等同于原始功能碼的請(qǐng)求主設(shè)備，設(shè)置最高有效位的情況除外。這等同于為原始功能碼的值加上 0x80。異常響應(yīng)包括一個(gè)異常碼，用于代替與給定功能響應(yīng)相關(guān)的正常數(shù)據(jù)。

異常碼	含義
01	不支持接收的功能碼。要確認(rèn)原始功能碼，請(qǐng)從返回值中減去0x80。
02	請(qǐng)求嘗試訪問的地址無效。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，只有在起始地址和所請(qǐng)求值的編號(hào)超過216時(shí)才會(huì)發(fā)生這種情況。但是，有些設(shè)備可能會(huì)限制其
03	請(qǐng)求包含不正確的數(shù)據(jù)。在某些情況下，這意味著參數(shù)不匹配，例如所發(fā)送寄存器的數(shù)量與“字節(jié)總數(shù)”字段之間的參數(shù)不匹配。更常見的情況是，主設(shè)備請(qǐng)求的數(shù)據(jù)高于從設(shè)備或協(xié)議所允許的上限。例如，主設(shè)備一次只能讀取 125 個(gè)保持寄存器，而資源受限的設(shè)備可能會(huì)將此值限制為更少的寄存器。
04	嘗試處理請(qǐng)求時(shí)發(fā)生不可恢復(fù)的錯(cuò)誤。這是一個(gè)常見異常碼，表示請(qǐng)求有效，但從設(shè)備無法執(zhí)行該請(qǐng)求。

每個(gè)功能碼的狀態(tài)圖至少應(yīng)包含異常碼 01，通常包含異常碼 02、03、04，并且任何其他定義的異常碼都是可選的。

四 Modbus 協(xié)議層

在最初的做法中，Modbus 是建立在串行端口之上的單一協(xié)議，因此它不能被分成多個(gè)層。隨著時(shí)間的推移，該協(xié)議引入了不同的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元，來更改串行通信所用的數(shù)據(jù)包格式，或允許使用 TCP/IP 和 UDP 網(wǎng)絡(luò)。這樣便實(shí)現(xiàn)了核心協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層的分離，前者用于定義協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），后者用于定義應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ADU）。

4.1 協(xié)議數(shù)據(jù)單元

PDU及其處理代碼構(gòu)成了 Modbus應(yīng)用協(xié)議規(guī)范 的核心。該規(guī)范定義了PDU的格式、協(xié)議使用的各種數(shù)據(jù)概念、如何使用功能碼訪問數(shù)據(jù)，以及每個(gè)功能碼的具體實(shí)現(xiàn)和限制。

Modbus PDU 格式可定義為功能碼，后跟一組關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)的大小和內(nèi)容由功能碼定義，整個(gè) PDU（功能碼和數(shù)據(jù)）的大小不能超過 253 個(gè)字節(jié)。每個(gè)功能碼都有一個(gè)特定的行為，從設(shè)備可以根據(jù)所需的應(yīng)用程序行為靈活地實(shí)現(xiàn)這些行為。PDU 規(guī)范定義了數(shù)據(jù)訪問和操作的核心概念；但是，從設(shè)備可能會(huì)以規(guī)范中未明確定義的方式處理數(shù)據(jù)。

PDU 由一個(gè)單字節(jié)的功能碼組成，后跟多達(dá) 252 字節(jié)的功能特定數(shù)據(jù)。

功能碼是第一個(gè)需要驗(yàn)證的項(xiàng)。如果用于接收請(qǐng)求的設(shè)備未識(shí)別功能碼，則會(huì)返回異常。如果功能碼被接受，則從設(shè)備會(huì)根據(jù)功能定義開始分解數(shù)據(jù)。

由于數(shù)據(jù)包大小限制為 253 字節(jié)，因此設(shè)備可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量有限。最常見的功能碼可以在從數(shù)據(jù)模型中傳輸 240 到 250 字節(jié)的實(shí)際數(shù)據(jù)，具體取決于代碼。

由于數(shù)據(jù)包大小限制為 253 字節(jié)，因此設(shè)備可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量有限。最常見的功能碼可以在從數(shù)據(jù)模型中傳輸 240 到 250 字節(jié)的實(shí)際數(shù)據(jù)，具體取決于代碼。

4.2 訪問數(shù)據(jù)

一般來說，Modbus 可訪問的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在前面所提到的四個(gè)數(shù)據(jù)庫或地址范圍中的其中一個(gè)：線圈、離散量輸入、保持寄存器 和 輸入寄存器。與許多規(guī)范一樣，這些名稱可能因行業(yè)或應(yīng)用而異。例如，保持寄存器可能稱為輸出寄存器，線圈可能稱為數(shù)字或離散量輸出。這些數(shù)據(jù)庫定義了所包含數(shù)據(jù)的類型和訪問權(quán)限。從設(shè)備可以直接訪問這些數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)由設(shè)備本地托管。Modbus 可訪問的數(shù)據(jù)通常是設(shè)備主存的一個(gè)子集。相反，Modbus 主設(shè)備必須通過各種功能碼請(qǐng)求訪問這些數(shù)據(jù)。

通過這些區(qū)塊，我們可以限制或允許訪問不同的數(shù)據(jù)元素，還可以在應(yīng)用層提供簡化的機(jī)制來訪問不同的數(shù)據(jù)類型。

這些區(qū)塊是完全概念性的。它們可能作為獨(dú)立的內(nèi)存地址存在于給定的系統(tǒng)中，但也可能重疊。例如，線圈1可能存在于與保持寄存器1所代表的字的第一位相同的內(nèi)存中。尋址方案完全由從設(shè)備定義，其對(duì)每個(gè)內(nèi)存區(qū)塊的解釋是設(shè)備數(shù)據(jù)模型的重要組成部分。

4.3 數(shù)據(jù)模型尋址

該規(guī)范將每個(gè)區(qū)塊定義為包含多達(dá) 65536 個(gè)元素的地址空間。在 PDU 的定義中，Modbus 定義了每個(gè)數(shù)據(jù)元素的地址，范圍是從 0 到 65535。然而，每個(gè)數(shù)據(jù)元素的編號(hào)從 1 到 n，其中 n 的最大值為 65536。也就是說，線圈 1 位于地址 0 的線圈區(qū)塊中，而保持寄存器 54 位于從設(shè)備定義為保持寄存器的內(nèi)存部分中的地址 53。

規(guī)范允許的全部范圍不需要給定設(shè)備實(shí)現(xiàn)。例如，設(shè)備可能會(huì)選擇不執(zhí)行線圈、離散量輸入或輸入寄存器，而只使用保持寄存器 150 至 175 和 200 至 225。這是完全可以接受的，而且可以通過例外來處理無效的訪問嘗試。

4.3.1 數(shù)據(jù)尋址范圍

雖然規(guī)范將不同的數(shù)據(jù)類型定義為存在于不同的區(qū)塊中，并為每種類型分配一個(gè)本地地址范圍，但這并不一定能轉(zhuǎn)化為用于記錄或了解給定設(shè)備的 Modbus 可訪問內(nèi)存的直觀尋址方案。為了簡化對(duì)內(nèi)存區(qū)塊位置的理解，我們引入了一種編號(hào)方案，即向所討論數(shù)據(jù)的地址中添加前綴。

例如，在設(shè)備手冊(cè)中，數(shù)據(jù)項(xiàng)不會(huì)表示為位于地址 13 的保持寄存器 14，而是表示為位于地址 4014、40014或 400014 的數(shù)據(jù)項(xiàng)。在這幾種情況中，第一個(gè)數(shù)字都是4，表示保持寄存器，其余數(shù)字則用于指定地址。4XXX、4XXXX 和 4XXXXX 的區(qū)別取決于設(shè)備所用的地址空間。如果 65,536 個(gè)寄存器全部都在使用，應(yīng)該使用 4XXXXX 符號(hào)，因?yàn)樗С?400,001 到 465,536 的范圍。如果只有幾個(gè)寄存器在使用，通常的做法是使用 4,001 到 4,999 的范圍。

在這種尋址方案中，每種數(shù)據(jù)類型都被分配了一個(gè)前綴，如下表所示。

數(shù)據(jù)區(qū)塊	前綴
線圈	0
離散量輸入	1
輸入寄存器	3
保持寄存器	4

線圈的前綴為 0，這意味著 4001 的引用可能是指保持寄存器 1 或線圈 4001。出于這個(gè)原因，建議所有的新實(shí)現(xiàn)都使用帶前導(dǎo)零的 6 位數(shù)尋址，并在記錄時(shí)注明這一點(diǎn)。因此，保持寄存器 1 的地址為 400001，而線圈 4001 的地址則為 004001。

4.3.2 數(shù)據(jù)地址起始值

內(nèi)存地址和引用編號(hào)之間的差異會(huì)因給定應(yīng)用程序選擇的索引而進(jìn)一步復(fù)雜化。如前所述，保持寄存器 1 位于地址 0。通常，引用編號(hào)索引從 1 開始，這意味著給定范圍的起始值為 1。因此，400001 即表示位于地址 0 的保持寄存器 00001。一些實(shí)現(xiàn)選擇以 0 作為范圍起始值，即 400000 表示位于地址 0 的保持寄存器。下表展示了這個(gè)概念。

地址	寄存器編號(hào)	編號(hào)（索引從 1 開始，標(biāo)準(zhǔn)）	編號(hào)（索引從 0 開始，備選）
0	1	400001	400000
1	2	400002	400001
2	3	400003	400002

從 1 開始的索引范圍應(yīng)用較為廣泛，強(qiáng)烈建議采用這種方案。無論哪種情況，每個(gè)范圍的起始值都應(yīng)在記錄時(shí)注明。

4.4 大數(shù)據(jù)類型

Modbus 標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)相對(duì)簡單的數(shù)據(jù)模型，該模型不包含除無符號(hào)雙字節(jié)整型和位值之外的其他數(shù)據(jù)類型。如果系統(tǒng)的位值對(duì)應(yīng)于螺線管和繼電器，并且雙字節(jié)整型值對(duì)應(yīng)于未縮放的 ADC 值，上述模型便已足夠；但對(duì)于更高級(jí)的系統(tǒng)，則無法滿足需求。

因此，許多 Modbus 實(shí)現(xiàn)都包含跨寄存器邊界的數(shù)據(jù)類型。NI LabVIEW 數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控（DSC）模塊以及 KEPServerEX 都定義了許多引用類型。例如，存儲(chǔ)在保持寄存器中的字符串應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)格式（400,001），但后跟一個(gè)十進(jìn)制數(shù)、長度和字符串的字節(jié)序（400001.2H 是指保持寄存器 1 中包含兩個(gè)字符的字符串，其中高位字節(jié)對(duì)應(yīng)到字符串的第一個(gè)字符）。這是必需的，因?yàn)槊總€(gè)請(qǐng)求的大小都是有限的，所以 Modbus 主設(shè)備必須知道字符串的確切范圍，而不是搜索長度或分隔符（如 NULL）。

4.4.1 位訪問

除了允許訪問跨寄存器邊界的數(shù)據(jù)之外，一些 Modbus 主設(shè)備還支持對(duì)寄存器中各個(gè)位的引用。由于允許設(shè)備將相同內(nèi)存范圍內(nèi)的每種類型的數(shù)據(jù)組合在一起，而不必將二進(jìn)制數(shù)據(jù)分成線圈和離散量輸入范圍，因此該功能非常有益。通常使用小數(shù)點(diǎn)和位索引或編號(hào)進(jìn)行索引，具體取決于如何實(shí)現(xiàn)。也就是說，第一個(gè)寄存器的第一位可能是 400,001.00 或 400,001.01。建議所有文檔均說明所使用的索引方案。

4.4.2 數(shù)據(jù)字節(jié)序

通過將數(shù)據(jù)拆分到兩個(gè)寄存器，多寄存器數(shù)據(jù)（如單精度浮點(diǎn)值）可以輕松地通過 Modbus 進(jìn)行傳輸。由于這不是由標(biāo)準(zhǔn)定義的，因此此類拆分的字節(jié)序未作規(guī)定。盡管每個(gè)無符號(hào)雙字節(jié)整型必須以網(wǎng)絡(luò)（大端）字節(jié)序發(fā)送才能滿足標(biāo)準(zhǔn)，但許多設(shè)備會(huì)顛倒多字節(jié)數(shù)據(jù)的字節(jié)序。下圖所示的范例雖然不太常見，但有效地展示了這一觀點(diǎn)。

4.4.3 字符串

字符串可以輕松地存儲(chǔ)在 Modbus 寄存器中。為了簡單起見，某些實(shí)現(xiàn)方法要求字符串長度為 2 的倍數(shù)，并使用空值來填充額外的空間。字節(jié)序也是字符串交互中的一個(gè)變量。字符串格式可能包含也可能不包含 NULL（作為最終值）。舉個(gè)例子，一些設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法可能如下圖所示。

4.5 從設(shè)備功能執(zhí)行

正如由數(shù)據(jù)模型所定義，不同的功能會(huì)訪問不同的概念數(shù)據(jù)塊。一種常見的做法是讓代碼訪問靜態(tài)內(nèi)存位置，但其他行為仍然可用。例如，功能碼 1（讀取線圈）和 3（讀取保持寄存器）可以訪問內(nèi)存中相同的物理位置。而功能碼 3（讀取保持寄存器）和 16（寫入保持寄存器）可以訪問內(nèi)存中完全不同的位置。因此，建議在定義從數(shù)據(jù)模型時(shí)考慮每個(gè)功能碼的執(zhí)行情況。

無論執(zhí)行的是何種實(shí)際行為，所有從設(shè)備都應(yīng)遵循每個(gè)請(qǐng)求的簡單狀態(tài)圖。下圖是功能碼 1（讀取線圈）的狀態(tài)圖范例。

每個(gè)從設(shè)備必須驗(yàn)證功能碼、輸入數(shù)量、起始地址、總范圍以及實(shí)際進(jìn)行讀取行為的從屬定義功能的執(zhí)行。

盡管上面的狀態(tài)圖包含了靜態(tài)地址范圍，但真實(shí)系統(tǒng)的需求可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)地址范圍與所定義編號(hào)有所不同。在某些情況下，從設(shè)備無法傳輸協(xié)議所定義的最大字節(jié)數(shù)。也就是說，如果主設(shè)備請(qǐng)求 0x07D0 輸入，從設(shè)備只能用 0x0400 進(jìn)行響應(yīng)。同樣，從數(shù)據(jù)模型能夠?qū)⒖山邮芫€圈值的范圍定義為地址 0 到 500。如果主設(shè)備從地址 0 開始請(qǐng)求 125，則沒有問題，但如果主設(shè)備從地址 400 開始發(fā)出相同的請(qǐng)求，最后一個(gè)線圈將位于地址 525，這無疑超出了該設(shè)備的范圍，因而會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)圖所定義的異常 02。

4.6 應(yīng)用數(shù)據(jù)單元

除了 Modbus 協(xié)議的 PDU 核心所定義的功能外，我們還可以使用多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。最常見的協(xié)議是串行和 TCP/IP，但也可以使用 UDP 等其他協(xié)議。為了在這些層之間傳輸 Modbus 所需的數(shù)據(jù)，Modbus 包含一組專為每種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議量身定制的 ADU。

4.6.1 通用特征

Modbus 需要特定的功能來提供可靠的通信。每種 ADU 格式都需要使用單元 ID 或地址，以便為應(yīng)用層提供路由信息。每個(gè) ADU 都帶有一個(gè)完整的 PDU，其中包含給定請(qǐng)求的功能碼和相關(guān)數(shù)據(jù)。為了保證可靠性，每條消息都包含錯(cuò)誤檢查信息。最后，所有的 ADU 都提供了一種機(jī)制來確定請(qǐng)求幀的開始和結(jié)束，但實(shí)現(xiàn)方式各不相同。

4.6.2 標(biāo)準(zhǔn)格式

ADU 的三種標(biāo)準(zhǔn)格式分別是 TCP、遠(yuǎn)程終端單元（RTU）和ASCII。RTU 和 ASCII ADU 通常用于串行線路，而 TCP 則用于現(xiàn)代 TCP/IP 或 UDP/IP 網(wǎng)絡(luò)。

無論是三種傳輸模式中的哪一種，Modbus 幀格式都是一樣的：

Modbus 數(shù)據(jù)幀主要包括：

地址域：1 字節(jié)，即從機(jī)設(shè)備地址，通常 1-247 為有效地址，0 為廣播地址

功能碼：1 字節(jié)，表明主機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)的類型。

數(shù)據(jù)：N 字節(jié)，包含寄存器地址和寄存器數(shù)據(jù)等。

差錯(cuò)校驗(yàn)：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余校驗(yàn)的結(jié)果，CRC 或 LRC。

4.6.2.1 Modbus-ASCII

Modbus-ASCII 傳輸模式中，每個(gè)字節(jié)均以 ASCII 編碼，實(shí)際報(bào)文中 1 個(gè)字節(jié)會(huì)以兩個(gè) ASCII 字符發(fā)送，因此這種模式比 Modbus-RTU 模式效率要低。

例如報(bào)文數(shù)據(jù) 0x5B = "5" + "B" = 0X35 + 0X42。數(shù)據(jù)幀格式如下：

從 ASCII 數(shù)據(jù)幀可以看出，ASCII 模式增加了幀起始（“:”）和幀結(jié)束標(biāo)志（回車&換行），由于報(bào)文數(shù)據(jù)每個(gè)字節(jié)在 ASCII 模式下需要 2個(gè)字符進(jìn)行編碼，為了保證 ASCII 模式和 RTU 模式在應(yīng)用級(jí)兼容，ASCII 模式數(shù)據(jù)塊最大長度為 252*2，所以可以計(jì)算出報(bào)文幀最大長度為 1+2+2+2x252+2+2=513 字符，報(bào)文幀內(nèi)的字符間隔時(shí)間可以達(dá) 1 秒鐘。

Modbus-ASCII 模式校驗(yàn)方法采用的是縱向冗余校驗(yàn)（LRC，Longitudinal Redundancy Checking）算法，校驗(yàn)內(nèi)容不包括幀起始和幀結(jié)束字符。

計(jì)算方法也比較簡單，對(duì)校驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行累加和計(jì)算，忽略進(jìn)位，并轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制補(bǔ)碼：

例如 Modbus-ASCII 模式，主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求，向地址為 1 的從設(shè)備的 0x405 地址，寫入數(shù)值 0x1234，報(bào)文如下：

:010604051234AA

即：

:01 06 04 05 12 34 AA

可以看到01表示設(shè)備地址，06表示寫單個(gè)保持寄存器。地址為0x0405，數(shù)據(jù)為0x1234，LRC校驗(yàn)值為0xAA。實(shí)際進(jìn)行校驗(yàn)的數(shù)據(jù)不包含幀頭和幀尾。

0xAA = LRC(01, 06, 04, 05, 12, 34)

手動(dòng) LRC 計(jì)算方法：

把原始數(shù)據(jù)兩個(gè)字符組成一個(gè)字節(jié)，并進(jìn)行二進(jìn)制加法計(jì)算：01+06+04+05+12+34=0x56，計(jì)算二進(jìn)制補(bǔ)碼：

0x56 = 0101 0110

取反：1010 1001

加1： 1010 1010 = 0xAA

或者：0x100-0x56 = 0xAA

或者可以利用在線工具計(jì)算：LRC校驗(yàn)碼在線計(jì)算器。

4.6.2.2 Modbus-RTU

Modbus-RTU 數(shù)據(jù)幀，幀長度最大為 256 字節(jié)，由以下四部分構(gòu)成：

子節(jié)點(diǎn)地址：1 字節(jié)，范圍 0-247。

功能代碼：1 字節(jié)。

數(shù)據(jù)塊：0-252 字節(jié)。

CRC校驗(yàn)值：2 字節(jié)，低 8 位在前。

Modbus-RTU 幀間隔，Modbus-RTU 要求兩個(gè) RTU 報(bào)文幀間隔要大于 3.5 個(gè)字節(jié)時(shí)間：

ModbusRTU 幀間隔且每個(gè)報(bào)文幀內(nèi)字節(jié)間隔小于 1.5 個(gè)字節(jié)時(shí)間，否則會(huì)認(rèn)為接收不完整。

Modbus-RTU采用循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC - Cyclical Redundancy Checking) 算法對(duì)報(bào)文幀全部數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到的校驗(yàn)值附加在報(bào)文幀末尾，低位在前。CRC-16_Modbus計(jì)算方法可以參考：CRC-16_Modbus校驗(yàn)算法。

也可以用在線工具：16進(jìn)制(CRC16)(MODBUS RTU通訊)校驗(yàn)碼在線計(jì)算器 計(jì)算 CRC 校驗(yàn)值。

例一：寫單個(gè)寄存器。向 01 地址設(shè)備 0x0105 保持寄存器寫入 1 個(gè)數(shù)據(jù)：0x0190

主機(jī)發(fā)送： 01 06 01 05 01 90 99 CB

從機(jī)回復(fù)： 01 06 01 05 01 90 99 CB

其中，01 表示從機(jī)地址，06 功能碼表示寫單個(gè)保持寄存器，0105 表示寄存器地址，0190 表示寫入寄存器的數(shù)值，99CB 為 CRC 校驗(yàn)值?？梢钥闯?，當(dāng)寫 1 個(gè)寄存器數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)響應(yīng)的數(shù)據(jù)幀和主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀完成一致。

例二：寫多個(gè)寄存器。向 01 地址設(shè)備 0x0105、0x0106、0x0107 地址保持寄存器，寫入 3 個(gè)寄存器數(shù)據(jù)：0x1102、0x0304、0x0566。

主機(jī)發(fā)送：01 10 01 05 00 03 06 11 02 03 04 05 66 4a 12

從機(jī)回復(fù)：01 10 01 05 00 03 91 f5

同理，01 從機(jī)地址，10 功能碼表示寫多個(gè)保持寄存器，0105 表示起始地址，0003 表示寫 3 個(gè)寄存器，06 表示數(shù)據(jù)量為 6 個(gè)字節(jié)，1102/0304/0566 分別表示寫入 3 個(gè)寄存器的數(shù)值，4a12 表示 CRC 校驗(yàn)數(shù)值。

可以看出，寫多個(gè)寄存器時(shí)使用 10 功能碼，從機(jī)回復(fù)數(shù)據(jù)也比較精簡。

例三：讀單個(gè)寄存器。讀 01 地址設(shè)備 0x0105 保持寄存器數(shù)據(jù)。

主機(jī)發(fā)送：01 03 01 05 00 01 95 f7

從機(jī)回復(fù)：01 03 02 56 78 87 c6

主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)中，03 表示讀多個(gè)寄存器，0105 表示起始地址，0001 表示讀 1 個(gè)寄存器。

從機(jī)回復(fù)值中，02 表示 2 個(gè)字節(jié)，56 78 表示寄存器的數(shù)據(jù)。

例四：讀多個(gè)寄存器。讀 01 地址設(shè)備 0x0105、0x0106、0x0107 地址保持寄存器，共 3 個(gè)寄存器數(shù)據(jù)。

主機(jī)發(fā)送：01 03 01 05 00 03 14 36

從機(jī)回復(fù)：01 03 06 11 22 33 44 55 66 2a 18

03 表示讀多個(gè)寄存器，0105 表示起始地址，0003 表示讀 3 個(gè)寄存器。

06 表示 6 個(gè)字節(jié)，11 22 33 44 55 66 表示寄存器的數(shù)據(jù)。

4.6.2.3 Modbus-TCP

Modbus-TCP 基于以下種報(bào)文類型：

MODBUS 請(qǐng)求：客戶機(jī)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送用來啟動(dòng)事務(wù)處理的報(bào)文

MODBUS 證實(shí)：在客戶端接收的響應(yīng)信息

MODBUS 指示：服務(wù)端接收的請(qǐng)求報(bào)文

MODBUS 響應(yīng)：服務(wù)器發(fā)送的響應(yīng)信息

報(bào)文頭的數(shù)據(jù)字段代表其用途。首先，它包含一個(gè)事務(wù)處理標(biāo)識(shí)符。這有助于網(wǎng)絡(luò)允許同時(shí)發(fā)生多個(gè)未處理的請(qǐng)求。也就是說，主設(shè)備可以發(fā)送請(qǐng)求 1、2 和 3。在稍后的時(shí)間點(diǎn)，從設(shè)備能以 2、1、3 的順序進(jìn)行響應(yīng)，并且主設(shè)備可以將請(qǐng)求匹配到響應(yīng)并準(zhǔn)確解析數(shù)據(jù)。這對(duì)于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)來說很有用。

協(xié)議標(biāo)識(shí)符通常為零，但您可以使用它來擴(kuò)展協(xié)議的行為。協(xié)議使用長度字段來描述數(shù)據(jù)包其余部分的長度。此元素的位置也表明了這個(gè)報(bào)文頭格式在可靠網(wǎng)絡(luò)層上的依賴關(guān)系。由于 TCP 數(shù)據(jù)包具有內(nèi)置的錯(cuò)誤檢查功能，并可確保數(shù)據(jù)一致性和傳遞，因此數(shù)據(jù)包長度可位于報(bào)文頭的任何位置。在可靠性較差的網(wǎng)絡(luò)上（比如串行網(wǎng)絡(luò)），數(shù)據(jù)包可能會(huì)丟失，其影響是即使應(yīng)用程序讀取的數(shù)據(jù)流包含有效的事務(wù)處理和協(xié)議信息，長度信息的損壞也會(huì)使報(bào)文頭無效。TCP 為這種情況提供了適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。

TCP/IP 設(shè)備通常不使用單元 ID。但是，Modbus 是一種常見的協(xié)議，因此通常會(huì)開發(fā)許多網(wǎng)關(guān)來將 Modbus 協(xié)議轉(zhuǎn)換為其他協(xié)議。在最初的預(yù)期應(yīng)用中，Modbus TCP/IP 轉(zhuǎn)串行網(wǎng)關(guān)用于連接新的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與舊的串行網(wǎng)絡(luò)。在這種環(huán)境中，單元 ID用于確定 PDU 實(shí)際對(duì)應(yīng)的從設(shè)備的地址。

最后，ADU 還包含一個(gè) PDU。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，PDU 的長度仍限制為 253 字節(jié)。

Modbus 協(xié)議中主機(jī)可以以兩種模式對(duì)從機(jī)設(shè)備發(fā)出請(qǐng)求：單播和廣播。

4.6.2.3.1 單播模式

在單播模式下，從機(jī)地址必須唯一，地址范圍 1-247。主機(jī)以特定地址訪問指定的某個(gè)從機(jī)，發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀，這個(gè)數(shù)據(jù)幀功能可以是讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，從機(jī)接收到并處理完成后，會(huì)回報(bào)一個(gè)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，以表示讀取或?qū)懭氤晒Α?/p>

4.6.2.3.2 廣播模式

在廣播模式下，主機(jī)向所有的從機(jī)發(fā)出請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀，所有的從機(jī)都會(huì)處理這條命令，對(duì)于廣播請(qǐng)求，所有的從機(jī)無需做出應(yīng)答操作。一般地址 0 表示廣播地址。

五 Modbus組件的使用

1 Gitee鏈接地址

組件位于amaziot_bloom_os_sdklibrariesamxtuam_modbus.c

第三方組件位于amaziot_bloom_os_sdklibrariesthird_partyagile_modbus-1.1.3，可以在github上查找相關(guān)api文檔。

Gitee源碼地址：https://gitee.com/ning./hongdou

Github源碼地址：https://github.com/ayumid/hongdou

2 應(yīng)用層組件功能介紹

提供Modbus實(shí)例。實(shí)現(xiàn)輪詢。

使用該組件，必須同時(shí)使用AT組件，文件組件，TCP組件，掉線組件，掉線重連組件，心跳組件，JSON組件，Modbus組件。

3 代碼講解

1 dtu_modbus_task_init

初始化modbus任務(wù)

void dtu_modbus_task_init(void)
{
    OSA_STATUS status = 0;

    /*creat message*/
    status = OSAMsgQCreate(&dtu_modbus_msgq, "dtu_modbus_msgq", DTU_MODBUS_TASK_MSGQ_MSG_SIZE, DTU_MODBUS_TASK_MSGQ_QUEUE_SIZE, OS_FIFO);
    ASSERT(status == OS_SUCCESS);

    status = OSATaskCreate(&dtu_modbus_msgq_task_ref, dtu_modbus_task_stack, DTU_MODBUS_TASK_STACK_SIZE, 161, "modbus_task", dtu_modbus_task, NULL);
    ASSERT(status == OS_SUCCESS);
}

2 dtu_modbus_task

modbus主任務(wù)，接收發(fā)送Modbus數(shù)據(jù)

static void dtu_modbus_task(void *ptr)
{
    OSA_STATUS status = 0;
    int ret = 0;
    int i = 0;
//    int id = 0;
    int send_len = 0;
    DTU_MSG_UART_DATA_PARAM_T uart_data = {0};
    uint8_t ctx_send_buf[AGILE_MODBUS_MAX_ADU_LENGTH];
    uint8_t ctx_read_buf[1];
//    uint8_t send[100] = {0};
//    uint8_t recv[100] = {0};
//    uint8_t* temp = NULL;
    DTU_FILE_PARAM_T* dtu_file_ctx = NULL;

    dtu_file_ctx = dtu_get_file_ctx();
    
    agile_modbus_rtu_t ctx_dtu = {0};
    agile_modbus_t *ctx = &ctx_dtu._ctx;
    agile_modbus_rtu_init(&ctx_dtu, ctx_send_buf, sizeof(ctx_send_buf), ctx_read_buf, sizeof(ctx_read_buf));

    dtu_modbus_interval_timer_init();
    st_dtu_md.state = DTU_MODBUS_POOLLING_STATE;

    if(DTU_MODBUS_TYPE_ENABLE == dtu_file_ctx->modbus.config.type)
    {
        dtu_modbus_interval_timer_start();
    }
//#define AGILE_MODBUS_FC_READ_COILS               0x01
//#define AGILE_MODBUS_FC_READ_DISCRETE_INPUTS     0x02
//#define AGILE_MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS   0x03
//#define AGILE_MODBUS_FC_READ_INPUT_REGISTERS     0x04
//#define AGILE_MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_COIL        0x05
//#define AGILE_MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_REGISTER    0x06
//#define AGILE_MODBUS_FC_READ_EXCEPTION_STATUS    0x07
//#define AGILE_MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_COILS     0x0F
//#define AGILE_MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_REGISTERS 0x10
//#define AGILE_MODBUS_FC_REPORT_SLAVE_ID          0x11
//#define AGILE_MODBUS_FC_MASK_WRITE_REGISTER      0x16
//#define AGILE_MODBUS_FC_WRITE_AND_READ_REGISTERS 0x17
    while(1)
    {
        //阻塞1s等待從機(jī)回復(fù)的數(shù)據(jù)
        status = OSAMsgQRecv(dtu_modbus_msgq, (void *)&uart_data, DTU_MODBUS_TASK_MSGQ_MSG_SIZE, OSA_SUSPEND);

        if(status == OS_SUCCESS)
        {
            if(DTU_MODBUS_TIMER_INTERVAL_MSG == uart_data.id)
            {
//                uprintf("%s[%d] timer msgrn", __FUNCTION__, __LINE__);
                if(DTU_MODBUS_POOLLING_STATE == st_dtu_md.state)
                {
                    //for循環(huán)查詢列表中哪些指令激活，按照激活指令參數(shù)配置 指令
                    for(i = st_dtu_md.id; i < DTU_MODBUS_CMD_NUM; i++)
                    {
                        //當(dāng)前列表第i指令被激活
                        if(DTU_MODBUS_ACTIVE == dtu_file_ctx-?>modbus.cmd[i].active)
                        {
                            //設(shè)置從機(jī)地址
                            agile_modbus_set_slave(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].slave_addr);
                            uprintf("%s[%d] slave addr: %d id: %d cmd: 0x%02Xn", __FUNCTION__, __LINE__, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].slave_addr, st_dtu_md.id + 1, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].fn);
                        }
                        else
                        {
//                            uprintf("%s[%d] none cmd continue i:%d id: %dn", __FUNCTION__, __LINE__, i + 1, st_dtu_md.id);
                            st_dtu_md.id = i + 1;
                            continue;
                        }
                        //根據(jù)指令01 來組包
                        if(dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].fn == AGILE_MODBUS_FC_READ_COILS)
                        {
                            //組包數(shù)據(jù)
                            send_len = agile_modbus_serialize_read_bits(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_addr, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_n_d);
                        }
                        //根據(jù)指令02 來組包
                        else if(dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].fn == AGILE_MODBUS_FC_READ_DISCRETE_INPUTS)
                        {
                            //組包數(shù)據(jù)
                            send_len = agile_modbus_serialize_read_input_bits(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_addr, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_n_d);
                        }
                        //根據(jù)指令03 來組包
                        else if(dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].fn == AGILE_MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS)
                        {
                            //組包數(shù)據(jù)
                            send_len = agile_modbus_serialize_read_registers(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_addr, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_n_d);
                        }
                        //根據(jù)指令04 來組包
                        else if(dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].fn == AGILE_MODBUS_FC_READ_INPUT_REGISTERS)
                        {
                            //組包數(shù)據(jù)
                            send_len = agile_modbus_serialize_read_input_registers(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_addr, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_n_d);
                        }
                        //根據(jù)指令05 來組包
                        else if(dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].fn == AGILE_MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_COIL)
                        {
                            //組包數(shù)據(jù)
                            send_len = agile_modbus_serialize_write_bit(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_addr, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_n_d);
                        }
                        //根據(jù)指令06 來組包
                        else if(dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].fn == AGILE_MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_REGISTER)
                        {
                            //組包數(shù)據(jù)
                            send_len = agile_modbus_serialize_write_register(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_addr, dtu_file_ctx->modbus.cmd[i].reg_n_d);
                        }
//                        uprintf("%s[%d] find cmdrn", __FUNCTION__, __LINE__);
                        //當(dāng)前激活id，跳出這次循環(huán)
                        break;
                    }
                    st_dtu_md.id++;
//                    uprintf("%s[%d] sendbuf len: %d mdid: %drn", __FUNCTION__, __LINE__, send_len, st_dtu_md.id);
                    if(st_dtu_md.id > DTU_MODBUS_CMD_NUM)
                    {
                        st_dtu_md.id = 0;
                        st_dtu_md.state = DTU_MODBUS_POOLLING_WN_STATE;
                        uprintf("%s[%d] poolling  end", __FUNCTION__, __LINE__);
                        //停止modbus驅(qū)動(dòng)定時(shí)器
//                        dtu_modbus_interval_timer_stop();
                        //輪訓(xùn)完畢后，重新開始之前等待時(shí)間
//                        dtu_sleep(dtu_file_ctx->modbus.config.delay);
                        //開始modbus驅(qū)動(dòng)定時(shí)器
//                        dtu_modbus_interval_timer_start();
                    }
                    else
                    {
//                        uprintf("%s[%d] send md hexrn", __FUNCTION__, __LINE__);
//                        int j = 0;
//                        for(j = 0; j < send_len; j++)
//                        {
//                            uprintf("reg data[%d]: %Xrn", j, ctx-?>send_buf[j]);
//                        }
                        //發(fā)送數(shù)據(jù)到串口
                        UART_SEND_DATA(ctx->send_buf, send_len);
                    }
                }
                else if(DTU_MODBUS_POOLLING_WN_STATE == st_dtu_md.state)
                {
                    //for循環(huán)查詢列表中哪些指令激活，按照激活指令參數(shù)配置 指令
                    for(i = st_dtu_md.id; i < DTU_MODBUS_CMD_WN_NUM; i++)
                    {
                        //當(dāng)前列表第i指令被激活
                        if(DTU_MODBUS_ACTIVE == dtu_file_ctx-?>modbus.cmd_wn[i].active)
                        {
                            //設(shè)置從機(jī)地址
                            agile_modbus_set_slave(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].slave_addr);
                            uprintf("%s[%d] slave addr: %d id: %d cmd: 0x%02X", __FUNCTION__, __LINE__, dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].slave_addr, st_dtu_md.id + 1, dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].fn);
                        }
                        else
                        {
//                            uprintf("%s[%d] none cmd continue i:%d id: %dn", __FUNCTION__, __LINE__, i + 1, st_dtu_md.id);
                            st_dtu_md.id = i + 1;
                            continue;
                        }
                        
                        //根據(jù)指令0F 來組包
//                        if(dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].fn == AGILE_MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_COILS)
//                        {
//                            uprintf("cmd 0x10 regnum: %drn", dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_n_d);
                            //組包數(shù)據(jù)
//                            send_len = agile_modbus_serialize_write_registers(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_addr, dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_n, (UINT16*)&dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_data);
//                            int j = 0;
//                            for(j = 0; j < dtu_file_ctx-?>modbus.cmd_wn[i].reg_n_d; j++)
//                            {
//                                uprintf("reg data[%d]: %Xrn", j, dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_data[j]);
//                            }
//                        }
                        //根據(jù)指令10 來組包
                        if(dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].fn == AGILE_MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_REGISTERS)
                        {
//                            uprintf("cmd 0x10 regnum: %drn", dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_n_d);
                            //組包數(shù)據(jù)
                            send_len = agile_modbus_serialize_write_registers(ctx, dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_addr, dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_n, (UINT16*)&dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_data);
//                            int j = 0;
//                            for(j = 0; j < dtu_file_ctx-?>modbus.cmd_wn[i].reg_n_d; j++)
//                            {
//                                uprintf("reg data[%d]: %Xrn", j, dtu_file_ctx->modbus.cmd_wn[i].reg_data[j]);
//                            }
                        }
//                        uprintf("%s[%d] find cmdrn", __FUNCTION__, __LINE__);
                        //當(dāng)前激活id，跳出這次循環(huán)
                        break;
                    }
                    st_dtu_md.id++;
//                    uprintf("%s[%d] sendbuf len: %d mdid: %drn", __FUNCTION__, __LINE__, send_len, st_dtu_md.id);
                    if(st_dtu_md.id > DTU_MODBUS_CMD_WN_NUM)
                    {
                        st_dtu_md.id = 0;
                        st_dtu_md.state = DTU_MODBUS_POOLLING_STATE;
                        uprintf("%s[%d] wn poolling end", __FUNCTION__, __LINE__);
                        //停止modbus驅(qū)動(dòng)定時(shí)器
                        dtu_modbus_interval_timer_stop();
                        //輪訓(xùn)完畢后，重新開始之前等待時(shí)間
                        dtu_sleep(dtu_file_ctx->modbus.config.delay);
                        //開始modbus驅(qū)動(dòng)定時(shí)器
                        dtu_modbus_interval_timer_start();
                    }
                    else
                    {
//                        uprintf("%s[%d] send md hexrn", __FUNCTION__, __LINE__);
//                        int j = 0;
//                        for(j = 0; j < send_len; j++)
//                        {
//                            uprintf("reg data[%d]: %Xrn", j, ctx-?>send_buf[j]);
//                        }
                        //發(fā)送數(shù)據(jù)到串口
                        UART_SEND_DATA(ctx->send_buf, send_len);
                    }
                }
            }
            else if(DTU_MODBUS_DATA_MSG == uart_data.id && NULL != uart_data.UArgs)
            {
//                uprintf("%s[%d] modbus res", __FUNCTION__, __LINE__);
//                
//                UINT8* p = uart_data.UArgs;
//                for (i = 0; i < uart_data.len; i++)
//                {
//                    uprintf("0x%02X" , p[i]);
//                }
                
                //如果是modbus數(shù)據(jù)，判斷目前是modbus rtu上報(bào)模式，modbus tcp上報(bào)模式，還是json上報(bào)格式
                if(DTU_MODBUS_RESPONSE_JSON_TYPE == dtu_file_ctx-?>modbus.config.res_type)
                {
                    uprintf("modbus json res");
                    dtu_modbus_json_modbus_res(uart_data.UArgs, uart_data.len);
                }
//                else if(DTU_MODBUS_RESPONSE_TCP_TYPE == dtu_file_ctx->modbus.config.res_type)
//                {
//                    //判斷是否是modbus一幀數(shù)據(jù)
//                    ret = dtu_modbus_protocol_check(uart_data.UArgs, uart_data.len);
//                    if(DTU_MODBUS_PROTOCOL_SUCCESS == ret)
//                    {
//                        uprintf("modbus tcp res");
//                    }
//                }
                else
                {
                    uprintf("modbus rtu res");
                    //modbus rtu幀，直接發(fā)
#ifdef DTU_BASED_ON_TCP
                    dtu_socket_write(uart_data.UArgs, uart_data.len);
#endif /* ifdef DTU_BASED_ON_TCP.2023-10-31 12:01:18 by: zhaoning */

#ifdef DTU_BASED_ON_MQTT
                    dtu_mqtt_send(uart_data.UArgs, uart_data.len);
#endif /* ifdef DTU_BASED_ON_MQTT.2023-10-31 12:01:28 by: zhaoning */
                }

                //釋放數(shù)據(jù)內(nèi)存
                free(uart_data.UArgs);
                //置空
                uart_data.UArgs = NULL;

            }
        }
    }
}

3 dtu_modbus_interval_timer_init

初始化指令間隔定時(shí)器，Modbus輪詢過程中每個(gè)指令之間的間隔時(shí)間

static void dtu_modbus_interval_timer_init(void)
{
    OSA_STATUS status = 0;
    
    //初始化指令間隔定時(shí)器
    status = OSATimerCreate(&st_dtu_md.md_timer_ref);
    ASSERT(status == OS_SUCCESS);
    
}

4 dtu_modbus_interval_timer_start

開始指令間隔定時(shí)器

void dtu_modbus_interval_timer_start(void)
{
    DTU_FILE_PARAM_T* dtu_file_ctx = NULL;
    
    dtu_file_ctx = dtu_get_file_ctx();

    OSATimerStart(st_dtu_md.md_timer_ref, dtu_file_ctx->modbus.config.interval * 200, dtu_file_ctx->modbus.config.interval * 200 , dtu_modbus_interval_timer_callback, 0);
}

4 Demo實(shí)戰(zhàn)

4.1 創(chuàng)建一個(gè)Demo

復(fù)制20.9_di_xtu示例工程，到同一個(gè)文件夾下，修改文件名為20.12_json_xtu，如圖：

4.2 修改makefile

增加文件組件所在目錄頭文件路徑，和源文件路徑，以及一些宏定義，如圖：

-D是makefile中定義宏定義必要的前綴，可以搜索相關(guān)makefile學(xué)習(xí)文章學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

DTU_BASED_ON_TCP 表示當(dāng)前是TCP模式，當(dāng)前組件使用需要am.h中包含一些對(duì)應(yīng)。

DTU_TYPE_5X6 表示使用SOM板貼片5x6卡，可以使用其它卡，修改為對(duì)應(yīng)宏定義就可以。

DTU_UART_115200_BAUD 表示使用115200波特率

DTU_TYPE_JSON_INCLUDE 表示把JSON功能包含進(jìn)來

4.3 增加頭文件

使用代碼編輯器，將新建的工程文件加入代碼編輯器中，打開main.c，修改main.c，加入am.h頭文件，如圖：

4.4 修改代碼

示例使用的是板載5x6卡，用戶的硬件可能是使用外置卡，或者是三合一全網(wǎng)通卡，因?yàn)橛布先N卡使用的模組SIM卡接口不一樣（外置卡SIM1，5x6卡和三合一卡SIM2），所以，需要通過一個(gè)全局變量來制定SIM卡硬件接口。

extern外部變量SDK_INIT_SIM_SELECT_VALUE，這里判斷了是否使用外置卡，這個(gè)宏定義在Makefile里面定義。

在Phase1Inits_enter中，宏定義判斷是否要包含對(duì)SDK_INIT_SIM_SELECT_VALUE變量的修改。

在Phase2Inits_exit 調(diào)用文件組件提供的對(duì)外API，如圖：

4.5 編譯

在SDK根目錄打開命令行，輸入命令.build.bat -l .amaziot_bloom_os_sdksamplelibraries20.14_modbus_xtu

PS F:3.asr-bcat.1-asr16061.softwareBLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08
λ .build.bat -l .amaziot_bloom_os_sdksamplelibraries20.14_modbus_xtu
子目錄或文件 outbin 已經(jīng)存在。
子目錄或文件 buildcJSON 已經(jīng)存在。
子目錄或文件 buildobj 已經(jīng)存在。
gnumake: Entering directory `F:/3.asr-b/cat.1-asr1606/1.software/BLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08/amaziot_bloom_os_sdk/sample/libraries/20.14_modbus_xtu'
armcc.exe -c  --cpu Cortex-R4 --no_unaligned_access -g -O2 --apcs /inter --diag_suppress 2084,1,2,177,188,223,550,1296,2795,6319,9931,9933 --diag_error=warning --gnu --thumb --loose_implicit_cast  -DDATA_COLLECTOR_IMPL -DISPT_OVER_SSP -DDIAG_SSP_DOUBLE_BUFFER_USE_DYNAMIC_ALLOCATION -DENV_XSCALE -DL1_DCXO_ENABLED -DLTE_HIGH_MOBILITY_OPTIMIZATION -DRUN_XIP_MODE -DCRANE_Z2 -DCA_LONG_IPC_MSG -DNEZHA3 -DNEZHA3_1826 -DUPGRADE_PLMS -DUPGRADE_PLMS_SR -DLTE_GSMMULTIBCCH -DGPLC_LTE_RSSI_SCAN -DL1V_NEW_RSSI -DUPGRADE_PLMS_3G -DUPGRADE_PLMS_L1 -DUPGRADE_FG_PLMS -DFG_PLMS_URR -DUPGRADE_L1A_FG_PLMS -DUPGRADE_PLMS_STAGE_2 -DUPGRADE_MBCCH -DMULTI_BCCH_READY_IND -DURR_MRAT_ICS_SEARCH -DUPGRADE_ICS -DMRAT_NAS -DUPGRADE_PLMS_SEARCH_API -DICS_MBCCH -DICS_MBCCH_2G_RSSI -DDIAG_NEWPP -DPHS_SW_DEMO -DPHS_SW_DEMO_TTC -DPHS_SW_DEMO_TTC_PM -DFULL_SYSTEM -D_DDR_INIT_ -D_TAVOR_HARBELL_ -DUPGRADE_ARBEL_PLATFORM -D_TAVOR_B0_SILICON_ -DTDL1C_SPY_ENABLE -DDLM_TAVOR -DTAVOR -DFLAVOR_DUALCORE 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Platform Convertion Tools v4.01 with PS option extension
Convertion done!
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|RW_CPZ_B|CODEPLB |7e2fd000.801c20c8.00038d38.80131000|00038d38->00021000
|This Is LteOnly 4M|
|RW_CPZ_C|CODEPLC |7e337000.801fae00.000268d4.80152000|000268d4->00012000
|--------|--------|--------.--------.--------.--------|------------------------------|
|                                                     |      0x0020a6d4 -> 0x0014d000|
|                                                     |       2.041(MB) ->  1.301(MB)|
|------------------------------------------------------------------------------------|
cp_1606L.axf
cp_1606L.bin
cp_1606L.map
gnumake: Leaving directory `F:/3.asr-b/cat.1-asr1606/1.software/BLOOM_OS_1606_OPENCPU_1191_A08/amaziot_bloom_os_sdk/sample/libraries/20.14_modbus_xtu'
"copy NEZHAC_CP_CNR_MIFI_TX.bin to ./ "

已復(fù)制         1 個(gè)文件。

4.6 生成固件

參考入門中開發(fā)工具，生成工具。

4.7 查看現(xiàn)象

固件下載到模組后，配置服務(wù)器地址，配置Modubs指令，之后用Modbus客戶端來模擬查看

[11-22 11:46:54:993]
[11-22 11:46:54:993]OK
[11-22 11:46:56:212]
[11-22 11:46:56:212]AT+TRANSIP="TCP","101.200.35.208",8866
[11-22 11:46:56:212]
[11-22 11:46:56:212]OK
[11-22 11:46:58:042]
[11-22 11:46:58:042]CONNECT OK
[11-22 11:46:59:123]
[11-22 11:46:59:123]AT+MBADD=1,1,1,1,0,10
[11-22 11:46:59:123]
[11-22 11:46:59:123]OK
[11-22 11:46:59:515]
[11-22 11:46:59:515]AT+MBADD=2,1,1,2,0,10
[11-22 11:46:59:515]
[11-22 11:46:59:515]OK
[11-22 11:47:00:287]
[11-22 11:47:00:287]AT+MBADD=3,1,1,3,0,10
[11-22 11:47:00:287]
[11-22 11:47:00:287]OK
[11-22 11:47:00:709]
[11-22 11:47:00:709]AT+MBADD=20,1,1,4,0,10
[11-22 11:47:00:709]
[11-22 11:47:00:709]OK
[11-22 11:47:01:172]
[11-22 11:47:01:172]AT+MBADD=49,1,1,5,0,10
[11-22 11:47:01:172]
[11-22 11:47:01:172]OK
[11-22 11:47:01:669]
[11-22 11:47:01:669]AT+MBADD=50,1,1,6,0,6666
[11-22 11:47:01:669]
[11-22 11:47:01:669]OK
[11-22 11:47:02:336]
[11-22 11:47:02:336]AT+MBADDWN=1,1,1,16,0,5,"16B352A9F615D7D3FE198"
[11-22 11:47:02:336]
[11-22 11:47:02:336]OK
[11-22 11:47:02:937]
[11-22 11:47:02:937]AT+MBCFG=1,1,3,6
[11-22 11:47:02:937]
[11-22 11:47:02:937]OK

5 總結(jié)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，用戶需要實(shí)現(xiàn)自己的AT指令，只需要參考組件中的例子，按照自己需求修改，

本文章源自奇跡物聯(lián)開源的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用知識(shí)庫Cellular IoT Wiki，更多技術(shù)干貨歡迎關(guān)注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知識(shí)庫（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

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Cellular IoT Wiki初心：

在我們長期投身于蜂窩物聯(lián)網(wǎng) ODM/OEM 解決方案的實(shí)踐過程中，一直被物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)碎片化與產(chǎn)業(yè)資源碎片化的問題所困擾。從產(chǎn)品定義、芯片選型，到軟硬件研發(fā)和測(cè)試，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的碎片化以及產(chǎn)業(yè)資源的碎片化，始終對(duì)團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)品開發(fā)交付質(zhì)量和效率形成制約。為了減少因物聯(lián)網(wǎng)碎片化而帶來的重復(fù)開發(fā)工作，我們著手對(duì)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)中高頻應(yīng)用的技術(shù)知識(shí)進(jìn)行沉淀管理，并基于 Bloom OS 搭建了不同平臺(tái)的 RTOS 應(yīng)用生態(tài)。后來我們發(fā)現(xiàn)，很多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)都面臨著相似的困擾，于是，我們決定向全體物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)開發(fā)者開放奇跡物聯(lián)內(nèi)部沉淀的應(yīng)用技術(shù)知識(shí)庫 Wiki，期望能為更多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)者減輕一些重復(fù)造輪子的負(fù)擔(dān)。

Cellular IoT Wiki沉淀的技術(shù)內(nèi)容方向如下：

奇跡物聯(lián)的業(yè)務(wù)服務(wù)范圍：基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物聯(lián)網(wǎng)模組，為客戶物聯(lián)網(wǎng)ODM/OEM解決方案服務(wù)。我們的研發(fā)技術(shù)中心在石家莊，PCBA生產(chǎn)基地分布在深圳、石家莊、北京三個(gè)工廠，滿足不同區(qū)域&不同量產(chǎn)規(guī)模&不同產(chǎn)品開發(fā)階段的生產(chǎn)制造任務(wù)。跟傳統(tǒng)PCBA工廠最大的區(qū)別是我們只服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)客戶。

連接我們，和10000+物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者一起 降低技術(shù)和成本門檻

讓蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更簡單~~

哈哈你終于滑到最重要的模塊了，

千萬不！要！劃！走！忍住沖動(dòng)！~

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審核編輯 黃宇