英创嵌入式Linux工控主板支持Modbus主控协议软件
1、简述
Modbus 协议是一种已广泛应用于当今工业控制领域的通用通讯协议。通过此协议，控制器相互之间、或控制器经由网络（如以太网）可以和其它设备之间进行通信。Modbus协议使用的是主从通讯技术，即由主设备主动查询和操作从设备。一般将主控设备方所使用的协议称为Modbus Master，从设备方使用的协议称为Modbus Slave。典型的主设备包括工控机和工业控制器等；典型的从设备如PLC可编程控制器等。Modbus通讯物理接口可以选用串口（包括RS232和RS485），也可以选择以太网口。其通信遵循以下的过程：
• 主设备向从设备发送请求；
• 从设备分析并处理主设备的请求，然后向主设备发送结果；
• 如果出现任何差错，从设备将返回一个异常功能码。
英创公司提供的ARM9嵌入式主板系列产品，均带有丰富的串口、网络资源，同时具有强大的处理能力，非常适用于作为Modbus 主设备的开发应用，为了加快做这类应用的开发速度，英创公司特推出Linux下的Modbus主控软件，该软件的是以C函数静态库文件libmbusmaster.a的形式提供给客户。主要特征如下：
• 非常适用于实时的工业应用，特别可以广泛应用于对于PLC的控制。
• 可以支持基于串口的Modbus协议或者基于TCP的Modbus协议。
• 支持RTU传输模式。
• 支持大多数的Modbus功能码操作，包括对线圈、离散开关输入的位操作，以及对寄存器的字节操作。
• 支持广播地址。
• 可以获取通讯中传输协议的错误代码的详细信息。
2、Modbus Master API函数简介
为了方便应用程序的使用，对不同的通讯介质保持一致的代码形式，英创所提供的ModBus主控软件包的API函数可以同时支持基于串口和TCP的Modbus Master协议，应用程序只需要在调用初始化函数时，用不同参数区分即可。有关Modbus通讯的具体使用方法，请参考Modbus标准文献以及被控设备的通讯接口数据手册。以下介绍英创Modbus主控软件的相关API函数，各个函数的定义如下：
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功能描述：通过串口或者网络TCP打开ModBus协议，连接到ModBus设备。对于串口方式，通过该函数打开串口，并设置相应串口的通讯参数，以满足数据和控制命令的通讯；对于TCP方式，通过该函数和ModBus设备建立基于Socket方式的TCP连接，利用该连接进行数据和控制命令的通讯。
输入参数 pPortName：
该参数为CHAR类型的字符串，该字符串中包含了打开ModBus协议的需要设置的通讯参数信息。对于串口模式和TCP两种模式分别采用不同的格式的字符串。
(1) 串口模式：
字符串必须以ttyS作为开头，后面再带上需要设置的串口通讯参数。格式为： ttySIdx:baudRate-dataBits-stopBits-parity
其中Idx为串口序号，':' 后为串口通讯参数，各个通讯参数均用整型数据来表示，依次为波特率、数据位、停止位、校验位，校验位 0-无校验 1-奇校验 2-偶校验。
如串口3作为通讯的协议口，波特率:9600bps、8为数据位、1个停止位、无校验。其格式如下：
'ttyS3:9600-8-1-0' ;
也可以直接就用 'ttyS3' 来表示，表明串口所用的为缺省参数：波特率 9600bps 数据位 8 停止位 1 无奇偶校验。
(2) TCP模式:
字符串以IP地址作为开头，':'后为指定TCP连接的特殊端口号，ModBus协议中缺省端口为502。如果不需要指定特殊端口，可以不带此参数。格式如：
'192.168.201.178' ，使用端口号为502;
'192.168.201.178:2000' ，使用端口号为2000;
返回值 = NULL: 连接ModBus设备失败。
!= NULL: 连接ModBus设备成功，并返回相应的操作句柄。
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(1) HANDLE mbusMaster_OpenPortProtocol( char* pPortName );
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功能描述: 关闭ModBus设备连接，同时释放使用的系统资源。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
返回值 = FALSE: 关闭操作失败。 = TRUE: 关闭操作成功。
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(2) int mbusMaster_ClosePortProtocol( HANDLE hPort );
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功能描述: 设置ModBus通讯的超时时间，单位为毫秒。并返回实际设置的超时时间。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
milliseconds: ModBus通讯超时时间，单位为毫秒。
返回值 < 0: 操作失败。 > 0: 实际设置的超时时间。
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(3) int mbusMaster_SetTimeout( HANDLE hPort, int milliseconds );
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功能描述: 读取ModBus从机设备的线圈值，实现ModBus功能码1。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
startRef: 需要读取线圈的起始值，其范围为: 1～0x10000
bitArr: 存放读取线圈数据的数组
refCnt: 需要读取的线圈数量，其范围为: 1～2000
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。 = 0: 该功能操作成功。
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(4) int mbusMaster_ReadCoils( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, int bitArr[], UINT16 refCnt);
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功能描述: 读取ModBus从机设备离散量的输入值，实现ModBus功能码2。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
startRef: 需要读取离散量的起始值，其范围为: 1～0x10000
bitArr: 存放读取离散量输入数据的数组
refCnt: 需要读取的离散量数量，其范围为: 1～2000
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。 = 0: 该功能操作成功。
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(5) int mbusMaster_ReadInputDiscretes( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, int bitArr[], UINT16 refCnt);
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功能描述: ModBus从机设备的单个线圈的写入操作，实现ModBus功能码5。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
bitAddr: 需要操作的线圈地址，其范围为: 1～0x10000
bitVal: 写入线圈的值, 1-置位(ON) 0-清(OFF)
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。= 0: 该功能操作成功。
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(6) int mbusMaster_WriteCoil( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 bitAddr, int bitVal );
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功能描述: ModBus从机设备的多个线圈的写入操作，实现ModBus功能码15。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
startRef: 需要设置的线圈起始值，其范围为: 1～0x10000
bitArr: 需要设置线圈数据的数组
refCnt: 需要设置的线圈数量，其范围为: 1～800
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。 = 0: 该功能操作成功。
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(7) int mbusMaster_ForceMultipleCoils( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, int bitArr[], UINT16 refCnt);
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功能描述: 读取ModBus从机设备多个寄存器值，实现ModBus功能码3。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
startRef: 需要读取寄存器的起始值，其范围为: 1～0x10000
regArr: 存放读取寄存器值的数组
refCnt: 需要读取的寄存器数量，其范围为: 1～125
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。 = 0: 该功能操作成功。
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(8) int mbusMaster_ReadMultipleRegisters( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, UINT16 regArr[], UINT16 refCnt );
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功能描述: 读取ModBus从机设备输入寄存器值，实现ModBus功能码4。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
startRef: 需要读取输入寄存器的起始值，其范围为: 1～0x10000
regArr: 存放读取输入寄存器值的数组
refCnt: 需要读取的输入寄存器数量，其范围为: 1～125
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。 = 0: 该功能操作成功。
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(9) int mbusMaster_ReadInputRegisters( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, UINT16 regArr[], UINT16 refCnt);
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功能描述: ModBus从机设备多个寄存器的写操作，实现ModBus功能码16。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
startRef: 需要读取寄存器的起始值，其范围为: 1～0x10000
regArr: 需写入寄存器值的数组
refCnt: 需要操作的寄存器数量，其范围为: 1～100
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。 = 0: 该功能操作成功。
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(10) int mbusMaster_WriteMultipleRegisters( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, UINT16 regArr[], UINT16 refCnt);
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功能描述: 对ModBus从机设备单个寄存器的写操作，实现ModBus功能码6。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
regAddr: 需要操作寄存器的地址，其范围为: 1～0x10000
regVal: 需写入寄存器的值
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。 = 0: 该功能操作成功。
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(11) int mbusMaster_WriteSingleRegister( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 regAddr, UINT16 regVal );
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 功能描述: 对ModBus从机设备屏蔽写寄存器，实现ModBus功能码22。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
regAddr: 需要操作寄存器的地址，其范围为: 1～0x10000
andMask: 屏蔽写与数据
orMask: 屏蔽写或数据
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。 = 0: 该功能操作成功。
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(12) int mbusMaster_MaskWriteRegister( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 regAddr, UINT16 andMask, UINT16 orMask);
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功能描述: 对ModBus从机设备读写多个寄存器操作，实现ModBus功能码23。
输入参数 hPort: 连接ModBus设备返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus从机设备的地址，地址范围为: 1～255
readRef: 需要读取多个寄存器的起始值，其范围为: 1～0x10000
readArr: 存放读取寄存器值的数组
readCnt: 需要读取的寄存器数量，其范围为: 1～125
writeRef: 需要写入多个寄存器的起始值，其范围为: 1～0x10000
writeArr: 写入寄存器值的数组
writeCnt: 需要写入的寄存器数量，其范围为: 1～125
返回值 != 0: 该功能操作失败,返回值为相应的出错代码。 = 0: 该功能操作成功。
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(13) int mbusMaster_ReadWriteRegisters( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 readRef,UINT16 readArr[],UINT16 readCnt, UINT16 writeRef, UINT16 writeArr[], UINT16 writeCnt);
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功能描述: 获取ModBus软件包的版本信息。
返回值 : CHAR类型的字符串，为ModBus软件包的版本信息。
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(14) char * mbusMaster_GetPackageVersion( );
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功能描述: 根据错误代码获取错误文本信息。
返回值 : CHAR类型的字符串，为错误文本信息。
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(15) char * mbusMaster_GetErrorText( int errCode );
3、应用例程
对于应用来说，所建立的应用程序工程只需要包含modbus_Master.h、libmbusmaster.a文件即可方便实现对于modbus Master协议API函数的调用。以下代码为一个简单的调用例程：
// MbusMasterTest.cpp : Defines the entry point for the application.
//
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include 'modbus_Master.h'
//char *hostName = '192.168.201.178';
//char *hostName = 'ttyS3:9600-8-1-0';
char hostName[80];
int main( int argc,char* argv[] )
{
int i1, result;
int portno, baudRate;
UINT16 dataArr[8];
char str[200];
HANDLE hPort;
// 解析命令行参数：串口号 波特率
if( argc > 1 )
portno = atoi( argv[1] );
else
portno = 3;
if( argc > 2 )
baudRate = atoi( argv[2]);
else
baudRate = 9600;
printf( 'port:%d baudrate:%d\n', portno, baudRate);
sprintf( hostName, 'ttyS%d:%d-8-1-0', portno, baudRate );
// 启动ModBus协议，连接到Modbus设备
hPort = mbusMaster_OpenPortProtocol( hostName );
if( hPort==INVALID_HANDLE_VALUE )
{
printf( 'Open fail!\n');
return -1;
}
//进入主循环
for( ; ; )
{
result = mbusMaster_ReadMultipleRegisters( hPort, 1, 1, dataArr, sizeof(dataArr) / 2);
//result = mbusMaster_WriteCoil( hPort, 1, 1, 1 );
if (result == 0)
{
for (i1 = 0; i1 < int(sizeof(dataArr) / 2); i1++)
{
printf('[%d]: %hd\n', i1 + 1, dataArr[i1]);
}
}
else
{
strcpy( str,mbusMaster_GetErrorText( result ) );
i1 = strlen( str );
if( i1>0 )
{
printf( '%s!\n', str );
}
}
sleep(1);
}
mbusMaster_ClosePortProtocol( hPort );
return 0;
}
该工程文件中用到专用静态库libmbusmaster.a，在eclipse环境对此程序编译时，需要设置相应的编译属性。在Project Explorer视窗下，选择需要设置的工程文件，然后点击鼠标右键，选择 Properties项，在窗口中选择C/C++ Build -> Settings -> Tool Settings -> Sourcery G++ C++ Linker -> Libraries，如下图所示。其中的一个窗口用于指定库文件的名称，一个用于指定库文件的路径。
