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

自從開(kāi)源了我們自己開(kāi)發(fā)的Modbus協(xié)議棧之后，有很多朋友建議我針對(duì)性的做幾個(gè)示例。所以我們就基于平時(shí)我們的應(yīng)用整理了幾個(gè)簡(jiǎn)單但可以說(shuō)明基本的應(yīng)用方法的示例，在這一篇中我們先來(lái)使用協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)Modbus RTU主站的示例。

1 、何為RTU主站

Modbus協(xié)議是一個(gè)主從協(xié)議，那肯定就有主站和從站之分。所謂主站說(shuō)的簡(jiǎn)單一點(diǎn)就是能夠主動(dòng)發(fā)起通訊的對(duì)象，所以主站就是發(fā)起通訊的一方。

對(duì)于RTU主站來(lái)說(shuō)，自己并不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，而是要從從站獲取數(shù)據(jù)。在Modbus RTU協(xié)議中從站不會(huì)主動(dòng)向外發(fā)送數(shù)據(jù)，所以需要主站發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，從站才會(huì)向其返回請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。這一過(guò)程如下圖所示：

從上圖我們不難看出，首先主站要主動(dòng)發(fā)起數(shù)據(jù)請(qǐng)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(qǐng)求返回?cái)?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(dòng)發(fā)起每一次數(shù)據(jù)通訊的對(duì)象。

2 、如何實(shí)現(xiàn)RTU主站

我們已經(jīng)簡(jiǎn)單的說(shuō)明了什么是RTU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(qǐng)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)議棧時(shí)就是要控制何時(shí)將協(xié)議棧合成的主站請(qǐng)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(guò)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(shuō)主站對(duì)象可以生成面向這些功能碼的從站數(shù)據(jù)請(qǐng)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(qǐng)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(shí)需要做的就是要告訴協(xié)議棧我要生成哪些數(shù)據(jù)請(qǐng)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(qǐng)求

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

在協(xié)議棧中，針對(duì)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的生成我們定義了一個(gè)從站訪問(wèn)命令生成函數(shù)。該函數(shù)的原型如下：

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

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

ObjAccessInfo是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，向函數(shù)傳遞我們想要生成的從站訪問(wèn)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(wèn)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(duì)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(qǐng)求的響應(yīng)，因?yàn)樗麄兊臄?shù)據(jù)需要解析。而對(duì)于寫(xiě)請(qǐng)求返回?cái)?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(xiě)一次就可以了，不存在數(shù)據(jù)更新的問(wèn)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(bào)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 ParsingSlaveRespondMessage(RTULocalMasterType *master,uint8_t *recievedMessage,uint8_t *command)

這個(gè)函數(shù)有3個(gè)參數(shù)，其中RTULocalMasterType master為主站對(duì)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。將這幾個(gè)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。

RTULocalMasterType是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，用以生命一個(gè)主站對(duì)象，這個(gè)對(duì)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RTU主站對(duì)象類型 */
typedef struct LocalRTUMasterType{
  uint32_t flagWriteSlave[8];   //寫(xiě)一個(gè)站控制標(biāo)志位，最多256個(gè)站，與站地址對(duì)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
  RTUAccessedSlaveType*pSlave;         //從站列表
  UpdateCoilStatusTypepUpdateCoilStatus;       //更新線圈量函數(shù)
  UpdateInputStatusTypepUpdateInputStatus;     //更新輸入狀態(tài)量函數(shù)
  UpdateHoldingRegisterTypepUpdateHoldingRegister;     //更新保持寄存器量函數(shù)
  UpdateInputResgisterTypepUpdateInputResgister;       //更新輸入寄存器量函數(shù)
}RTULocalMasterType;

3 、 RTU****主站編碼

有了前面的說(shuō)明，我們基于協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)一個(gè)主站應(yīng)用就很容易了。接下來(lái)我們就基于協(xié)議棧具體實(shí)現(xiàn)一個(gè)主站應(yīng)用。

3.1 、定義主站對(duì)象

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

RTULocalMasterType rtuMaster;

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

/*初始化RTU主站對(duì)象*/
void InitializeRTUMasterObject(RTULocalMasterType*master,uint16_t slaveNumber,
                    RTUAccessedSlaveType*pSlave,
                    UpdateCoilStatusTypepUpdateCoilStatus,
                    UpdateInputStatusTypepUpdateInputStatus,
                    UpdateHoldingRegisterTypepUpdateHoldingRegister,
                    UpdateInputResgisterTypepUpdateInputResgister
                    )

該函數(shù)的參數(shù)除了主站對(duì)象外，還有從站的數(shù)量即從站對(duì)象列表，還有四個(gè)數(shù)據(jù)更新函數(shù)指針。這幾個(gè)函數(shù)指針將應(yīng)用于數(shù)據(jù)響應(yīng)的解析過(guò)程中，具體在后面描述。使用這一初始化函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)主站對(duì)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(duì)象 /

InitializeRTUMasterObject(&hgraMaster,2,hgraSlave,NULL,NULL,NULL,NULL);

這里我們將幾個(gè)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(xiě)這些函數(shù)，在后續(xù)的數(shù)據(jù)解析時(shí)將會(huì)詳細(xì)說(shuō)明。

3.2 、生成數(shù)據(jù)請(qǐng)求

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

ObjAccessInfo hgraInfo;

然后使用這個(gè)對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的生成。具體操作如下所示：

/* 生成1號(hào)從站訪問(wèn)命令 */
  hgraInfo.unitID=hgraSlave[0].stationAddress;
  hgraInfo.functionCode=ReadCoilStatus;
  hgraInfo.startingAddress=0x0000;
  hgraInfo.quantity=8;
 
 CreateAccessSlaveCommand(hgraInfo,NULL,slave1ReadCommand[0]);

生成的數(shù)據(jù)請(qǐng)求什么時(shí)候發(fā)送給完全由主進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)已經(jīng)與協(xié)議棧沒(méi)有關(guān)系了。

3.3 、解析數(shù)據(jù)響應(yīng)

收到數(shù)據(jù)響應(yīng)后我們需要對(duì)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：

ParsingSlaveRespondMessage(&hgraMaster,hgraRxBuffer,NULL);

我們對(duì)hgraMaster主站對(duì)象收到的從站響應(yīng)hgraRxBuffer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(qǐng)求，而是讓主站從請(qǐng)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(gè)函數(shù)是在對(duì)象初始化的時(shí)候以函數(shù)指針的形式傳遞的。原型如下：

/*更新讀回來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)的輸入寄存器*/
__weak void UpdateInputResgister(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)
}

我們可根據(jù)需要重定義這些函數(shù)，當(dāng)然我們沒(méi)有響應(yīng)的數(shù)據(jù)可以不必實(shí)現(xiàn)，如我們沒(méi)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(lái)的保持寄存器*/
voidUpdateHoldingRegister(uint16_t startAddress,uint16_t quantity,uint16_t*registerValue)
{
  uint16_t startRegister=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(dòng)泵
    {
//     aPara.phyPara.pumpRotateSpeed=registerValue[1];
     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(lái)的輸入寄存器*/
void UpdateInputResgister(uint16_t startAddress,uint16_tquantity,uint16_t *registerValue)
{
  uint16_t startRegister=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(dòng)泵
    {
     //aPara.phyPara.pumpRotateSpeed=registerValue[1]; //第一版背板
     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 、 RTU****主站小結(jié)

我們實(shí)現(xiàn)了這個(gè)RTU主站實(shí)例，我們可以使用如Modsim這樣的軟件在PC上模擬Modbus RTU從站來(lái)測(cè)試這個(gè)主站應(yīng)用，操作結(jié)果是沒(méi)有問(wèn)題的。

在使用協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)RTU主站時(shí)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(tái)主站都支持多個(gè)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(lái)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 RTU主站應(yīng)用。

第一步，使用主站對(duì)象類型聲明一個(gè)主站對(duì)象。然后對(duì)這個(gè)主站對(duì)象進(jìn)行初始化。初始化主站對(duì)象時(shí)。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(wèn)從站的數(shù)據(jù)請(qǐng)求列表。這個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求列表是按每一臺(tái)從站來(lái)劃分的，將列表的指針存在對(duì)應(yīng)的從站對(duì)象中。然后在需要的時(shí)候發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)請(qǐng)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(dòng)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(lái)編寫(xiě)。可以每臺(tái)主站獨(dú)立編寫(xiě)也可使用默認(rèn)的函數(shù)。不過(guò)建議每臺(tái)主站獨(dú)立編寫(xiě)，這樣比較清晰。