freemodbus移植、实例及其测试方法

2024-01-09 22:39:04

Modbus简介

参考：Modbus?协议?深入?讲解 https://www.ni.com/zh-cn/innovations/white-papers/14/the-modbus-protocol-in-depth.html

http://www.sohu.com/a/230628953_315598

官方文档：http://www.modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b3.pdf

Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。

其通信协议理解也比较简单，其帧结构如下

地址码 + 功能码 + 数据区 + 错误校验

常用功能码

最常使用的读写功能码如下;

01 读取单个/多个线圈状态（类似DO：数字输出）

02 读取单个/多个离散输入（类似DI：数字输入）

03 读取单个/多个保存寄存器

04 读取单个/多个输入寄存器（类似AI：模拟输入）

05 写单个线圈状态

06 写单个保存寄存器

15 写多个线圈

16 写多个保存寄存器

FreeModbus简析

FreeMODBUS 提供了RTU/ASCII 传输模式及TCP协议支持。

FreeModbus协议对硬件的需求非常少——基本上任何具有串行接口，并且有一些能够容纳modbus 数据帧的RAM的微控制器都足够了。

现支持如下功能码：

Read Input Register (0x04)
Read Holding Registers (0x03)
Write Single Register (0x06)
Write Multiple Registers (0x10)
Read/Write Multiple Registers (0x17)
Read Coils (0x01)
Write Single Coil (0x05)
Write Multiple Coils (0x0F)
Read Discrete Inputs (0x02)
Report Slave ID (0x11)

FreeModbus源码解析

参考：https://blog.csdn.net/u014748120/article/details/80313215

待续。。。

Modbus通信实现

本文测试主机为 arm-linux，可以使用 libmodbus 静态库实现modbus通信，为追求可移植性，本文主要使用 freemodbus 来实现。

1. libmodbus使用

ubuntu系统使用libmodbus可以使用以下命令安装

sudo apt-get install libmodbus-dev
# 或者
sudo apt-get install libmodbus5

使用文档参考：https://libmodbus.org/documentation/

库参考手册：https://libmodbus.org/docs/v3.1.4/

移植到arm的话则需下载源码进行交叉编译 http://libmodbus.org/releases/libmodbus-3.1.4.tar.gz

解压安装

tar -xzvf libmodbus-3.1.4.tar.gz
cd libmodbus-3.1.4
# 新建安装文件夹
mkdir -p install
chmod 777 install
./configure --prefix=$(pwd)/install --host=arm-linux --enable-static ac_cv_func_malloc_0_nonnull=yes CC=arm-fsl-linux-gnueabi-gcc
make
make install

在我的应用程序工程里面新建一个 libmodbus 文件夹，将上面安装 install目录下的 include和lib文件夹拷贝过来

我的工程总体结构如下所示

在 mys_src 里面添加 modbus 主机测试程序 modbus_test.c

makefile编写如下所示：

#编译配置,使能为1
CONFIG_MODBUS_BUILD = 1

#当前路径
CUR_DIR := $(shell pwd)

#libmodbus目录
LIBMODBUS_DIR := $(CUR_DIR)/../libmodbus

# 头文件路径
INCLUDE :=
INCLUDE += -I$(CUR_DIR)/../include/
ifeq ($(CONFIG_MODBUS_BUILD), 1)
INCLUDE += -I$(LIBMODBUS_DIR)/include/modbus/
endif

#C编译器的选项
CFLAGS :=
CFLAGS += -g -Wall
CFLAGS += -std=gnu99
CFLAGS += $(INCLUDE)


#库文件参数
LDFLAGS :=
#libmodbus共享库链接
#LDFLAGS += -L$(LIBMODBUS_DIR)/lib
#libmodbus静态库链接
ifeq ($(CONFIG_MODBUS_BUILD), 1)
LDFLAGS += $(LIBMODBUS_DIR)/lib/libmodbus.a
endif


SRCS += modbus_test.c
OBJS += modbus_test.o
BINS += modbus_test


all:$(OBJS) $(BINS) 

$(OBJS):%.o:%.c
    $(CC) -c $(CFLAGS) $^ -o $(OBJ_DIR)/$@

$(BINS):$(OBJS)
    $(CC) -o $(BIN_DIR)/$@ $(OBJ_DIR)/$^ $(LDFLAGS)

modbus_test.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <modbus.h>

#define MODBUS_DEV_NAME    "/dev/ttymxc3"    ///< 串口设备

int main(void)
{
    modbus_t *ctx =NULL;

    // 以串口的方式创建libmobus实例,并设置参数
    ctx = modbus_new_rtu(MODBUS_DEV_NAME, 115200, ‘N‘, 8, 1);
    if (ctx == NULL)                //使用UART4,对应的设备描述符为ttymxc3
    {
        fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus contex\n");
        return -1;
    }
    // 使用RS485时需考虑设置串口模式、RTS引脚等
//    modbus_rtu_set_serial_mode(MODBUS_RTU_RS485);    //设置串口模式

    modbus_set_debug(ctx, 1);      //设置1可看到调试信息
    modbus_set_slave(ctx, 1);      //设置slave ID

    if (modbus_connect(ctx) == -1) //等待连接设备
    {
        fprintf(stderr, "Connection failed:%s\n", modbus_strerror(errno));
        return -1;
    }

    int i,rc;
    uint16_t tab_reg[64] = {0}; //定义存放数据的数组
    while (1)
    {
        printf("\n----------------\n");
        //读取保持寄存器的值，可读取多个连续输入保持寄存器
        rc = modbus_read_registers(ctx, 0, 10, tab_reg);
        if (rc == -1)
        {
            fprintf(stderr,"%s\n", modbus_strerror(errno));
            return -1;
        }
        for (i=0; i<10; i++)
        {
            printf("reg[%d] = %d(0x%x)\n", i, tab_reg[i], tab_reg[i]);
        }

        usleep(5000000);
    }
    modbus_close(ctx);  //关闭modbus连接
    modbus_free(ctx);   //释放modbus资源，使用完libmodbus需要释放掉

    return 0;
}

编译之后可通过nfs挂载进行测试

modbus从机模拟

Modbus slave测试工具可以用来做modbus从机设备，从而实现arm控制板通过串口与PC端模拟的modbus从机进行通信测试。

Modbus slave下载地址：https://www.modbustools.com/download/ModbusSlaveSetup64Bit.exe