开发一款支持主机模式的FreeModbus协议栈

冬至子 2022-07-27 2584

嵌入式技术

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描述

简介

这是 armink 大神移植的 Freemodbus 协议栈。同时支持主机和从机的功能。

FreeModbus 是一款开源的 Modbus 协议栈，但是只有从机开源，主机源码是需要收费的。同时网上也没有发现比较好的开源的 Modbus 主机协议栈，所以才开发这款支持主机模式的 FreeModbus 协议栈。本版 FreeModbus版本号更改为V1.6，特性如下：

新增加的主机源码与原有从机的风格及接口保持一致；
支持主机与从机在同一协议栈运行；
支持实时操作系统及裸机移植；
为应用提供多种请求模式，用户可以选择阻塞还是非阻塞模式，自定义超时时间等，方便应用层灵活调用；
支持所有常用的Modbus方法。

文件结构

注：所有带_m后缀的文件为主机模式下必须使用的文件，如使用从机模式则无需这些文件。

许可证

Freemodbus 软件包遵循 BSD 许可，详见 LICENSE 文件。

依赖

RT_Thread UART 设备

获取方式

使用 Freemodbus 软件包需要在 RT-Thread 的包管理器中选择它，具体路径如下：

最后让 RT-Thread 的包管理器自动更新，或者使用 pkgs --update 命令更新包到 BSP 中。

使用方法

数据缓冲区

数据缓冲区定义的位置位于 FreeModbus\port\user_mb_app_m.c 文件顶部，共计 4种数据类型。 FreeModbus从机默认使用 一维数组 作为缓存区数据结构，主机可以存储所有网内从机的数据，所以主机采用 二维数组 对所有从机节点数据进行存储。二维数组的列号代表寄存器、线圈及离散量地址，行号代表从机节点ID，但需要做减一处理，例如usMRegHoldBuf[2][1]代表从机ID为 3，保持寄存器地址为 1 的从机数据。

Modbus 数据处理回调接口

Modbus 一共有4种不同的数据类型，所有的 Modbus 功能都围绕这些数据类型进行操作。由于不同的用户数据缓冲区结构可能有所不同，那么对应的 Modbus 数据处理方式也就存在差异，所以用户需要把每种数据类型对应的操作，按照自己的数据缓冲区结构进行定制实现。所有的 Modbus 数据处理回调接口如下：

对于数组形式的数据缓冲区结构，源码中已经做好了移植，直接使用即可。

初始化配置流程

本协议栈所有配置参数都位于FreeModbus\modbus\include\mbconfig.h，目前协议栈支持主机及从机两种模式，并且支持两种模式同时开启。从机支持Modbus RTU 、Modbus ASCII 及Modbus TCP 3种模式，主机现在只支持常用的Modbus RTU模式。在使用主机的过程中，用户需要对广播的转换延时时间、命令响应超时时间及从机数量做以配置。需要注意的是，目前协议栈只支持从机地址连续，并且起始地址从1开始。

正常使用流程

调用eMBMasterInit方法初始化Modbus主机协议栈，主机涉及到的一些硬件就在这个时候做了初始化
调用eMBMasterEnable方法启动Modbus主机
通过在线程或者定时器轮询调用eMBMasterPoll方法，轮询周期决定了命令的响应时间。
调用主机请求API方法，设定一定的请求超时时间，直到方法有结果后才会返回。如果方法执行成功并且命令是读命令，可以通过查看Modbus主机的数据缓冲区，获取最新从机数据。

具体的使用方法，可以参考 /samples 目录下的示例代码。调试 Modbus 的主从机程序可以在 PC 上使用 Modbus Poll 和 Modbus slave 软件配合调试。

异常处理流程

异常处理主要出现在主机正常使用过程中，所有的主机请求API的错误码都在第三章开头已经做以描述，针对的这些错误码，用户需要根据自己的产品特征去完成不同的动作。建议用户自己封装实现主机请求方法的重发机制，这样实现方式比较灵活，一般是在接收到帧数据出错及命令响应超时的错误码时需要重发，重发次数自动加一，如果重发次数超过设定值则认为从机掉线，以后所有只要是发给这个从机命令都被提前拦截掉；如果第二次重发命令响应成功，则自动清零该从机重发次数。上述所有功能可以利用主机请求方法或者使用FreeModbus\port\portevent_m.c中的回调接口来实现，用户可以根据自己的需求灵活选择。