開發(fā)一款支持主機模式的FreeModbus協(xié)議棧

簡介

這是 armink 大神移植的 Freemodbus 協(xié)議棧。同時支持主機和從機的功能。

FreeModbus 是一款開源的 Modbus 協(xié)議棧，但是只有從機開源，主機源碼是需要收費的。同時網(wǎng)上也沒有發(fā)現(xiàn)比較好的開源的 Modbus 主機協(xié)議棧，所以才開發(fā)這款支持主機模式的 FreeModbus 協(xié)議棧。本版 FreeModbus版本號更改為V1.6，特性如下：

• 新增加的主機源碼與原有從機的風格及接口保持一致；
• 支持主機與從機在同一協(xié)議棧運行；
• 支持實時操作系統(tǒng)及裸機移植；
• 為應用提供多種請求模式，用戶可以選擇阻塞還是非阻塞模式，自定義超時時間等，方便應用層靈活調(diào)用；
• 支持所有常用的Modbus方法。

文件結(jié)構(gòu)

注：所有帶_m后綴的文件為主機模式下必須使用的文件，如使用從機模式則無需這些文件。

許可證

Freemodbus 軟件包遵循 BSD 許可，詳見 LICENSE 文件。

依賴

• RT_Thread UART 設備

獲取方式

使用 Freemodbus 軟件包 需要在 RT-Thread 的包管理器中選擇它，具體路徑如下：

最后讓 RT-Thread 的包管理器自動更新，或者使用 pkgs --update 命令更新包到 BSP 中。

使用方法

數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

數(shù)據(jù)緩沖區(qū)定義的位置位于 FreeModbus\port\user_mb_app_m.c 文件頂部，共計 4種 數(shù)據(jù)類型。 FreeModbus從機默認使用 一維數(shù)組 作為緩存區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主機可以存儲所有網(wǎng)內(nèi)從機的數(shù)據(jù)，所以主機采用 二維數(shù)組 對所有從機節(jié)點數(shù)據(jù)進行存儲。二維數(shù)組的列號代表寄存器、線圈及離散量地址，行號代表從機節(jié)點ID，但需要做減一處理，例如usMRegHoldBuf[2][1]代表從機ID為 3，保持寄存器地址為 1 的從機數(shù)據(jù)。

Modbus 數(shù)據(jù)處理回調(diào)接口

Modbus 一共有4種不同的數(shù)據(jù)類型，所有的 Modbus 功能都圍繞這些數(shù)據(jù)類型進行操作。由于不同的用戶數(shù)據(jù)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)可能有所不同，那么對應的 Modbus 數(shù)據(jù)處理方式也就存在差異，所以用戶需要把每種數(shù)據(jù)類型對應的操作，按照自己的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)進行定制實現(xiàn)。 所有的 Modbus 數(shù)據(jù)處理回調(diào)接口如下：

對于數(shù)組形式的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)，源碼中已經(jīng)做好了移植，直接使用即可。

初始化配置流程

本協(xié)議棧所有配置參數(shù)都位于FreeModbus\modbus\include\mbconfig.h，目前協(xié)議棧支持主機及從機兩種模式，并且支持兩種模式同時開啟。從機支持Modbus RTU 、Modbus ASCII 及Modbus TCP 3種模式，主機現(xiàn)在只支持常用的Modbus RTU模式。在使用主機的過程中，用戶需要對廣播的轉(zhuǎn)換延時時間、命令響應超時時間及從機數(shù)量做以配置。需要注意的是，目前協(xié)議棧只支持從機地址連續(xù)，并且起始地址從1開始。

正常使用流程

1. 調(diào)用eMBMasterInit方法初始化Modbus主機協(xié)議棧，主機涉及到的一些硬件就在這個時候做了初始化
2. 調(diào)用eMBMasterEnable方法啟動Modbus主機
3. 通過在線程或者定時器輪詢調(diào)用eMBMasterPoll方法，輪詢周期決定了命令的響應時間。
4. 調(diào)用主機請求API方法，設定一定的請求超時時間，直到方法有結(jié)果后才會返回。如果方法執(zhí)行成功并且命令是讀命令，可以通過查看Modbus主機的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，獲取最新從機數(shù)據(jù)。

具體的使用方法，可以參考 /samples 目錄下的示例代碼。調(diào)試 Modbus 的主從機程序可以在 PC 上使用 Modbus Poll 和 Modbus slave 軟件配合調(diào)試。

異常處理流程

異常處理主要出現(xiàn)在主機正常使用過程中，所有的主機請求API的錯誤碼都在第三章開頭已經(jīng)做以描述，針對的這些錯誤碼，用戶需要根據(jù)自己的產(chǎn)品特征去完成不同的動作。建議用戶自己封裝實現(xiàn)主機請求方法的重發(fā)機制，這樣實現(xiàn)方式比較靈活，一般是在接收到幀數(shù)據(jù)出錯及命令響應超時的錯誤碼時需要重發(fā)，重發(fā)次數(shù)自動加一，如果重發(fā)次數(shù)超過設定值則認為從機掉線，以后所有只要是發(fā)給這個從機命令都被提前攔截掉；如果第二次重發(fā)命令響應成功，則自動清零該從機重發(fā)次數(shù)。 上述所有功能可以利用主機請求方法或者使用FreeModbus\port\portevent_m.c中的回調(diào)接口來實現(xiàn)，用戶可以根據(jù)自己的需求靈活選擇。

API 詳解

Modbus 主機使用過程中與從機有很大不同，從機是需要被動等待主機請求，而主機則是主動發(fā)出請求，并接收處理從機響應。在主機發(fā)送廣播請求的時候，從機不需要返回響應，所以廣播請求適合主機的寫從機數(shù)據(jù)命令，不適合讀從機數(shù)據(jù)命令。 主機請求API中的所有方法的返回值格式都相同，返回值意義如下。

所有的主機請求方法都是 線程安全 的也是 阻塞模式 的。在使用過程中，只要在設定的超時時間內(nèi)沒有得到主機資源，就會返回主機忙；如果在設定的超時時間內(nèi)得到主機資源，那么必須等待得到請求結(jié)果后才會返回。

寫單個保持寄存器

往從機某個保持寄存器中寫入數(shù)據(jù)

寫多個保持寄存器

往從機多個保持寄存器中寫入數(shù)據(jù)。

讀多個保持寄存器

讀取多個保持寄存器中的數(shù)據(jù)

讀寫多個保持寄存器

先讀多個寄存器，然后再寫多個寄存器。

讀多個輸入寄存器

讀取多個輸入寄存器中的數(shù)據(jù)

寫單個線圈

往從機某個線圈中寫入數(shù)據(jù)

寫多個線圈

往從機多個線圈中寫入數(shù)據(jù)。

讀多個線圈

讀取多個線圈中的數(shù)據(jù)

讀多個離散輸入

讀取多個離散輸入中的數(shù)據(jù)

注意事項

• 從機支持Modbus RTU 、Modbus ASCII 及Modbus TCP 3種模式，主機現(xiàn)在只支持常用的Modbus RTU模式。
• 目前協(xié)議棧只支持從機地址連續(xù)，并且起始地址從1開始。