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一為什么要移植Freemodbus

為什么要移植Freemodbus，這個問題需要從兩個方面來回答。第一，modbus是一個非常好的應(yīng)用層協(xié)議，它很簡潔也相對完善。對于還沒有接觸過modbus的朋友來說，我非常不建議直接移植freemodbus，應(yīng)該耐心的從modbus文檔入手，并充分把握身邊的所有資源，例如PLC的中modbus部分。第二，其實嵌入式系統(tǒng)的通信協(xié)議可以自己制定，但是通過實踐發(fā)現(xiàn)自己定制的協(xié)議漏洞百出，尤其是擴展極為困難。我始終認為借鑒他人的經(jīng)驗是很好的途徑。借鑒他人成熟的代碼，可以減少調(diào)試的時間，實現(xiàn)的功能也多了不少。

個人觀點，僅供參考。

freemodbus小提示

freemodbus只能使用從機功能。freemodbus更適合嵌入式系統(tǒng)，雖然例子中也有WIN32的例子，如果想要做PC機程序并實現(xiàn)主機功能，推薦使用另一個modbus庫——NMODBUS，使用C#開發(fā)。同樣WINFORM也可以通過自己編寫串口代碼實現(xiàn)modbus功能，但是這會花費很長的時間，可能是一周也可能是一個月，如果使用現(xiàn)成的代碼庫，那么開發(fā)時間可能只有10分鐘。

二 freeemodbus中如何通過串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)

freemodbus通過串口中斷的方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。采用這種做法我想可以節(jié)省程序等待的時間，并且也短充分使用CPU的資源。串口中斷接收毋庸置疑，在中斷服務(wù)函數(shù)中把數(shù)據(jù)保存在數(shù)組中，以便稍后處理。但是串口發(fā)送中斷使用哪種形式？串口發(fā)送中斷至少有兩種方式，第一種，數(shù)據(jù)寄存器空中斷，只要數(shù)據(jù)寄存器為空并且中斷屏蔽位置位，那么中斷就會發(fā)生；第二種，發(fā)送完成中斷，若數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)發(fā)送完成并且中斷屏蔽位置位，那么中斷也會發(fā)送。我非常建議各位使用串口發(fā)送完成中斷。freemodbus多使用RS485通信中，從機要么接收要么發(fā)送，多數(shù)情況下從機處于接收狀態(tài)，要有數(shù)據(jù)發(fā)送時才進入發(fā)送狀態(tài)。進入發(fā)送狀態(tài)時，數(shù)據(jù)被一個一個字節(jié)發(fā)送出去，當最后一個字節(jié)被發(fā)送出去之后，從機再次進入接收狀態(tài)。如果使用發(fā)送寄存器為空中斷，還需要使用其他的方法才可以判斷最后一個字節(jié)的數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成。如果使用數(shù)據(jù)寄存器為空中斷，那么將很有可能丟失最后一個字節(jié)。（馬潮老師的AVR圖書中也推薦使用發(fā)送完成中斷，交流性質(zhì)的文章，就沒有參考文獻了。）

二 freemodbus中如何判斷幀結(jié)束

大家應(yīng)該清楚，modbus協(xié)議中沒有明顯的開始符和結(jié)束符，而是通過幀與幀之間的間隔時間來判斷的。如果在指定的時間內(nèi)，沒有接收到新的字符數(shù)據(jù)，那么就認為收到了新的幀。接下來就可以處理數(shù)據(jù)了，首當其沖的就是判斷幀的合法性。Modbus通過時間來判斷幀是否接受完成，自然需要單片機中的定時器配合。

三整體代碼

下面給出一個STM32平臺上使用FREEMODBUS最簡單的例子，操作保持寄存器，此時操作指令可以為03，06和16；

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>
#include "mb.h"
#include "mbutils.h"
//保持寄存器起始地址
#define REG_HOLDING_START 0x0000
//保持寄存器數(shù)量
#define REG_HOLDING_NREGS 8
//保持寄存器內(nèi)容
uint16_t usRegHoldingBuf[REG_HOLDING_NREGS]
= {0x147b,0x3f8e,0x147b,0x400e,0x1eb8,0x4055,0x147b,0x408e};
int main(void)
{
//初始化 RTU模式從機地址為1 USART1 9600 無校驗
eMBInit(MB_RTU, 0x01, 0x01, 9600, MB_PAR_NONE);
//啟動FreeModbus
eMBEnable();
while (1)
{
//FreeMODBUS不斷查詢
eMBPoll();
}
}
/**
* @brief 保持寄存器處理函數(shù)，保持寄存器可讀，可讀可寫
* @param pucRegBuffer 讀操作時--返回數(shù)據(jù)指針，寫操作時--輸入數(shù)據(jù)指針
* usAddress 寄存器起始地址
* usNRegs 寄存器長度
* eMode 操作方式，讀或者寫
* @retval eStatus 寄存器狀態(tài)
*/
eMBErrorCode
eMBRegHoldingCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs,
eMBRegisterMode eMode )
{
//錯誤狀態(tài)
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
//偏移量
int16_t iRegIndex;
//判斷寄存器是不是在范圍內(nèi)
if( ( (int16_t)usAddress >= REG_HOLDING_START ) \
&& ( usAddress + usNRegs <= REG_HOLDING_START + REG_HOLDING_NREGS ) )
{
//計算偏移量
iRegIndex = ( int16_t )( usAddress - REG_HOLDING_START);
switch ( eMode )
{
//讀處理函數(shù)
case MB_REG_READ:
while( usNRegs > 0 )
{
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] >> 8 );
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] & 0xFF );
iRegIndex++;
usNRegs--;
}
break;
//寫處理函數(shù)
case MB_REG_WRITE:
while( usNRegs > 0 )
{
usRegHoldingBuf[iRegIndex] = *pucRegBuffer++ << 8;
usRegHoldingBuf[iRegIndex] |= *pucRegBuffer++;
iRegIndex++;
usNRegs--;
}
break;
}
}
else
{
//返回錯誤狀態(tài)
eStatus = MB_ENOREG;
}
return eStatus;
}

先給大家一個整體的印象，先讓大家會使用FREEMODBUS，再詳細描述細節(jié)

//保持寄存器起始地址

#define REG_HOLDING_START 0x0000

//保持寄存器數(shù)量

#define REG_HOLDING_NREGS 8

這兩個宏定義，決定了保持寄存器的起始地址和總個數(shù)。需要強調(diào)的是，modbus寄存器的地址有兩套規(guī)則，一套稱為PLC地址，為5位十進制數(shù)，例如40001。另一套是協(xié)議地址，PLC地址40001意味著該參數(shù)類型為保持寄存器，協(xié)議地址為0x0000，這里面有對應(yīng)關(guān)系，去掉PLC地址的最高位，然后剩下的減1即可。這會存在一個問題，PLC地址30002和PLC地址40002的協(xié)議地址同為0x0001，此時訪問時是不是會沖突呢。親們，當然不會了，30001為輸入寄存器，需要使用04指令訪問，而40001為保持寄存器，可以使用03、06和16指令訪問。所以，用好modbus還是要熟悉協(xié)議本生，切不可著急。

//保持寄存器內(nèi)容

uint16_t usRegHoldingBuf[REG_HOLDING_NREGS]

= {0x147b,0x3f8e,0x147b,0x400e,0x1eb8,0x4055,0x147b,0x408e};

接下來定義了保持寄存器的內(nèi)容，在這里請大家注意了，保持寄存器為無符號16位數(shù)據(jù)。在測試的情況下，我隨便找了一些數(shù)據(jù)進行測試�？磾�(shù)據(jù)的本質(zhì)似乎看不出說明規(guī)律，但是usRegHoldingBuf卻是以16進制保存了浮點數(shù)。

int main(void)
{
//初始化 RTU模式從機地址為1 USART1 9600 無校驗
eMBInit(MB_RTU, 0x01, 0x01, 9600, MB_PAR_NONE);
//啟動FreeModbus
eMBEnable();
while (1)
{
//FreeMODBUS不斷查詢
eMBPoll();
}
}

接下來就進入主函數(shù)部分。有三個FREEMODBUS提供的函數(shù)，eMBInit，eMBEnable和eMBPoll。eMBInit為modbus的初始化函數(shù)，eMBEnable為modbus的使能函數(shù)，而eMBPoll為modbus的查詢函數(shù)，eMBPoll也是非常單純的函數(shù)，查詢是否有數(shù)據(jù)幀到達，如果有數(shù)據(jù)到達，便進行相依的處理。再次觀察這幾個函數(shù)，只有eMBInit有很多的參數(shù)，這些參數(shù)和位于系統(tǒng)底層的硬件有關(guān)，這個應(yīng)該引起移植過程的更多關(guān)注。下面幾個章節(jié)再議。

eMBErrorCode
eMBRegHoldingCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs,
eMBRegisterMode eMode )
{
//錯誤狀態(tài)
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
//偏移量
int16_t iRegIndex;
//判斷寄存器是不是在范圍內(nèi)
if( ( (int16_t)usAddress >= REG_HOLDING_START ) \
&& ( usAddress + usNRegs <= REG_HOLDING_START + REG_HOLDING_NREGS ) )
{
//計算偏移量
iRegIndex = ( int16_t )( usAddress - REG_HOLDING_START);
switch ( eMode )
{
//讀處理函數(shù)
case MB_REG_READ:
while( usNRegs > 0 )
{
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] >> 8 );
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] & 0xFF );
iRegIndex++;
usNRegs--;
}
break;
//寫處理函數(shù)
case MB_REG_WRITE:
while( usNRegs > 0 )
{
usRegHoldingBuf[iRegIndex] = *pucRegBuffer++ << 8;
usRegHoldingBuf[iRegIndex] |= *pucRegBuffer++;
iRegIndex++;
usNRegs--;
}
break;
}
}
else
{
//返回錯誤狀態(tài)
eStatus = MB_ENOREG;
}
return eStatus;
}

最后，如果收到一個有效的數(shù)據(jù)幀，那么就可以開始處理了。

第一步，判斷寄存器的地址是否在合法的范圍內(nèi)。

if( ( (int16_t)usAddress >= REG_HOLDING_START ) \

&& ( usAddress + usNRegs <= REG_HOLDING_START + REG_HOLDING_NREGS ) )

第二步，判斷需要操作寄存器的偏移地址。

給個例子可以迅速的說明問題，例如訪問寄存器的起始地址為0x0002，保持寄存器的起始地址為0x0000，那么這個訪問的偏移量為2，程序就從保持寄存器數(shù)組的第2個（從0開始）開始操作。

第三步，讀寫操作分開處理

case MB_REG_READ:

while( usNRegs > 0 )

{

*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] >> 8 );

*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] & 0xFF );

iRegIndex++;

usNRegs--;

}

break;

以讀操作為例，代碼不多說了，請大家注意操作的順序。保持寄存器以16位形式保存，但是modbus通信時以字節(jié)為單位，高位字節(jié)數(shù)據(jù)在前，低位數(shù)據(jù)字節(jié)在后。

四串口相關(guān)部分代碼編寫

串口部分的代碼編寫比較常規(guī)，主要有三個函數(shù)，串口初始化，串口數(shù)據(jù)發(fā)送和串口數(shù)據(jù)接收。除了以上三個函數(shù)之外，還有串口中斷服務(wù)函數(shù)。

/**
* @brief 串口初始化
* @param ucPORT 串口號
* ulBaudRate 波特率
* ucDataBits 數(shù)據(jù)位
* eParity 校驗位
* @retval None
*/
BOOL
xMBPortSerialInit( UCHAR ucPORT, ULONG ulBaudRate, UCHAR ucDataBits, eMBParity eParity )
{
(void)ucPORT; //不修改串口
(void)ucDataBits; //不修改數(shù)據(jù)位長度
(void)eParity; //不修改校驗格式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
//使能USART1，GPIOA
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |
RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
//GPIOA9 USART1_Tx
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //推挽輸出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//GPIOA.10 USART1_Rx
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮動輸入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
USART_InitStructure.USART_BaudRate = ulBaudRate; //只修改波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
//串口初始化
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//使能USART1
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
//設(shè)定USART1 中斷優(yōu)先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//最后配置485發(fā)送和接收模式
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);
//GPIOD.8
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
return TRUE;
}

傳入的參數(shù)有端口號，波特率，數(shù)據(jù)位和校驗位，可以根據(jù)實際的情況修改代碼。在這里我并沒有修改其他參數(shù)，至于傳入的波特率是有效的。除了配置串口的相關(guān)參數(shù)之外，還需要配置串口的中斷優(yōu)先級。最后，由于使用485模式，還需要一個發(fā)送接收控制端，該IO配置為推挽輸出模式。

/**
* @brief 控制接收和發(fā)送狀態(tài)
* @param xRxEnable 接收使能、
* xTxEnable 發(fā)送使能
* @retval None
*/
void
vMBPortSerialEnable( BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable )
{
if(xRxEnable)
{
//使能接收和接收中斷
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
//MAX485操作低電平為接收模式
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);
}
else
{
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, DISABLE);
//MAX485操作高電平為發(fā)送模式
GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);
}
if(xTxEnable)
{
//使能發(fā)送完成中斷
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);
}
else
{
//禁止發(fā)送完成中斷
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, DISABLE);
}
}

由于485使用半雙工模式，從機一般處于接收狀態(tài)，有數(shù)據(jù)發(fā)送時才會進入發(fā)送模式。在FreeModbus中有專門的控制接收和發(fā)送狀態(tài)的函數(shù)，在這里不但可以打開或關(guān)閉接收和發(fā)送中斷，還可以控制485收發(fā)芯片的發(fā)送接收端口。代碼非常簡單，但是還是建議各位使用發(fā)送完成中斷。

BOOL
xMBPortSerialPutByte( CHAR ucByte )
{
//發(fā)送數(shù)據(jù)
USART_SendData(USART1, ucByte);
return TRUE;
}
BOOL
xMBPortSerialGetByte( CHAR * pucByte )
{
//接收數(shù)據(jù)
*pucByte = USART_ReceiveData(USART1);
return TRUE;
}
xMBPortSerialPutByte和xMBPortSerialGetByte兩個函數(shù)用于串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在這里只要調(diào)用STM32的庫函數(shù)即可。
static void prvvUARTTxReadyISR( void )
{
//mb.c eMBInit函數(shù)中
//pxMBFrameCBTransmitterEmpty = xMBRTUTransmitFSM
//發(fā)送狀態(tài)機
pxMBFrameCBTransmitterEmpty();
}
static void prvvUARTRxISR( void )
{
//mb.c eMBInit函數(shù)中
//pxMBFrameCBByteReceived = xMBRTUReceiveFSM
//接收狀態(tài)機
pxMBFrameCBByteReceived();
}
void USART1_IRQHandler(void)
{
//發(fā)生接收中斷
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
{
prvvUARTRxISR();
//清除中斷標志位
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
}
//發(fā)生完成中斷
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC) == SET)
{
prvvUARTTxReadyISR();
//清除中斷標志
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_TC);
}
}

若進入串口中斷服務(wù)函數(shù)，則要調(diào)用FreeModbus中響應(yīng)的函數(shù)，串口接收中斷服務(wù)函數(shù)對應(yīng)prvvUARTRxISR()，其代碼如下

static void prvvUARTRxISR( void )
{
//mb.c eMBInit函數(shù)中
//pxMBFrameCBByteReceived = xMBRTUReceiveFSM
//接收狀態(tài)機
pxMBFrameCBByteReceived();
}

在prvvUARTRxISR中又調(diào)用了pxMBFrameCBByteReceived()，其實pxMBFrameCBTransmitterEmpty()并不是一個函數(shù)，而是一個函數(shù)指針。其定義如下，請注意函數(shù)指針的聲明和函數(shù)聲明的區(qū)別。

BOOL( *pxMBFrameCBTransmitterEmpty ) ( void );

在mb.c文件的eMBInit函數(shù)完成賦值。一般情況下都會選擇RTU模式，那么pxMBFrameCBByteReceived就和xMBRTUReceiveFSM等價了，

pxMBFrameCBByteReceived = xMBRTUReceiveFSM;

同理，若發(fā)生串口發(fā)送完成中斷，該中斷服務(wù)函數(shù)對應(yīng)prvvUARTTxReadyISR，其代碼如下

static void prvvUARTTxReadyISR( void )
{
//mb.c eMBInit函數(shù)中
//pxMBFrameCBTransmitterEmpty = xMBRTUTransmitFSM
//發(fā)送狀態(tài)機
pxMBFrameCBTransmitterEmpty();
}

在prvvUARTTxReadyISR中又調(diào)用了pxMBFrameCBTransmitterEmpty()，pxMBFrameCBTransmitterEmpty也是函數(shù)指針，在eMBInit函數(shù)完成賦值，它等價于xMBRTUTransmitFSM。

特別提醒，由于我使用的是串口發(fā)送完成中斷，想要進入該中斷服務(wù)函數(shù)，需要發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)并啟動串口發(fā)送中斷，代碼還需要少許修改。在mbRTU.c的eMBRTUSend中稍作修改，代碼如下。

復(fù)制代碼

/* First byte before the Modbus-PDU is the slave address. */
pucSndBufferCur = ( UCHAR * ) pucFrame - 1;
usSndBufferCount = 1;
/* Now copy the Modbus-PDU into the Modbus-Serial-Line-PDU. */
pucSndBufferCur[MB_SER_PDU_ADDR_OFF] = ucSlaveAddress;
usSndBufferCount += usLength;
/* Calculate CRC16 checksum for Modbus-Serial-Line-PDU. */
usCRC16 = usMBCRC16( ( UCHAR * ) pucSndBufferCur, usSndBufferCount );
ucRTUBuf[usSndBufferCount++] = ( UCHAR )( usCRC16 & 0xFF );
ucRTUBuf[usSndBufferCount++] = ( UCHAR )( usCRC16 >> 8 );
/* Activate the transmitter. */
//發(fā)送狀態(tài)轉(zhuǎn)換，在中斷中不斷發(fā)送
eSndState = STATE_TX_XMIT;
//插入代碼啟動第一次發(fā)送，這樣才可以進入發(fā)送完成中斷
xMBPortSerialPutByte( ( CHAR )*pucSndBufferCur );
pucSndBufferCur++;
usSndBufferCount--;
//使能發(fā)送狀態(tài)，禁止接收狀態(tài)
vMBPortSerialEnable( FALSE, TRUE );

寫到這里給位可能看的不是很明白，建議研究一下FreeModbus的源碼，稍作一些修改使用起來才會更加方便。

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