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Linux下的Modbus设备方协议软件介绍    发布时间:2013-9-17    被阅览数:

        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,从设备方使用的服务器协议称为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、通用GPIO接口等,同时具有强大的处理能力,除了适用于作为Modbus 主设备的开发应用,还可以作为ModBus从设备的开发应用。主控协议软件在英创的“Linux下的ModBus主控协议软件”一文已有介绍, 在本文中主要介绍基于实现ModBus设备方协议的软件包“Linux下的ModBus设备方协议软件”(以下简称mbusslave软件包)。该软件的是以C函数加静态库libmbusslave.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。 
          可以支持基于串口的Modbus协议应用或者基于TCP的Modbus协议应用。 
          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。 
          可以获取通讯中传输协议的错误代码的详细信息。

 

        作为ModBus服务器,无论是基于串口还是基于TCP,在英创提供的mbusslave软件包中,实现了对于ModBus应用报文的分析与响应,这只是ModBus通讯的一部分。另一部分是还需要有对应用数据的访问,这部分的内容则需要用户自己来进行定义,为了方便客户的使用,在mbusslave软件包中通过函数指针的形式,实现了这些用户接口函数的自动加载,将用户应用数据处理和ModBus应用报文响应关联起来。用户只需根据需求定义这些接口函数来实现相应的功能,各个函数具体的定义是通过专门的一个CPP文件:DataProvider.cpp来实现。所以在使用英创的mbusslave软件包时,有两个部分组成,一部分是 modbus_slave.h/ libmbusslave.a定义的API函数;另一部分是DataProvider.h /DataProvider.cpp定义的用户数据接口函数,其中接口函数需要用户在DataProvider.cpp中具体实现。

 

一、mbusslave软件包API函数

 

        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mbusslave软件包的API函数可以同时支持基于串口和TCP的Modbus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。以下介绍英创modbusSlave软件包的相关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,该字符串中包含了启动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ttyS2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:'ttyS2:9600-8-1-0' ;

        也可以直接就用 'ttyS2' 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地址或者”*”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' 或者“*”,使用端口号为502;
slaveAddr: 
        ModBus Slave设备地址。
timeout: 
        设置ModBus协议通讯响应的超时时间,单位为毫秒ms
mbusSlave_Interface: 
        数据处理函数指针结构,即需要加载ModBus Slave设备响应各个功能的用户数据处理接口函数。这些用户接口函数是由用户自己提供,用户可以根据选择的功能来实现。这些函数的名称和定义是固定的。分别为: 
        (1) 功能:读保持寄存器/读写寄存器,实现功能码3、23
int ReadHoldingRegistersTable( int startRef, short regArr[], int refCnt ); 
        (2) 功能:写寄存器,实现功能码6、16、22、23
int WriteHoldingRegistersTable( int startRef, const short regArr[], int refCnt ); 
        (3) 功能:读输入寄存器,实现功能码4
int ReadInputRegistersTable( int startRef, short regArr[], int refCnt ); 
        (4) 功能:读线圈,实现功能码1
int ReadCoilsTable( int startRef, char bitArr[], int refCnt ); 
        (5) 功能:写线圈,实现功能码5、15
int WriteCoilsTable( int startRef, const char bitArr[], int refCnt ); 
        (6) 功能:读离散量,实现功能码 2
int ReadInputDiscretesTable( int startRef, char bitArr[], int refCnt );
返回值 = NULL: 启动ModBus设备失败。
!= NULL: 启动ModBus设备成功,并返回相应的操作句柄。
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(1) HANDLE mbusSlave_StartupServer( char* pPortName, int slaveAddr, int timeout, ModBusSlave_Interface mbusSlave_Interface );

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功能描述: ModBus 服务器执行函数,用于对ModBus报文的分析和响应。 
        该函数为阻塞模式,阻塞的时间为函数mbusSlave_StartupServer (…)中设置的ModBus协议通讯响应的超时时间 timeout,也相当于等待请求响应的超时时间。实际应用中需要在线程中不断地调用该函数。
输入参数 
        hPort: 启动ModBus设备后获取的操作句柄
返回值 0: 相应操作成功 
        !=0: 错误代码,可调用函数mbusSlave_GetErrorText(…)获取错误的文本信息
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(2) int mbusSlave_ServerLoop( HANDLE hPort );

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 功能描述: 关闭ModBus服务器应用。
输入参数 
        hPort: 启动ModBus设备后获取的操作句柄
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
(3) void mbusSlave_ShutdownServer( HANDLE hPort );

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功能描述: 获取ModBus软件包的版本信息。
返回值 : ModBus软件包的版本信息。
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(4) char * mbusSlave_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 :错误文本信息。
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(5) char * mbusSlave_GetErrorText( int errCode );

modbus_Slave API调用的使用范例:

1、启动modbus设备方协议

TCP方式:

        hPort = mbusSlave_StartupServer( '*', 1, 10000, mbusSlave_Interface );
串口方式: 
        hPort=mbusSlave_StartupServer( 'ttyS2:9600-8-1-0',1,10000, mbusSlave_Interface );

2、线程中调用Serverloop 响应请求 
        while( 1 ) 
        { 
                result = mbusSlave_ServerLoop( hPort ); 
                if( result!=0 ) // 检查是否返回错误 
                { 
                        // 出错处理:本例为获取并打印错误代码的文本信息 
                        strcpy( strText, mbusSlave_GetErrorText( result ) ); 
                        i1 = strlen( strText ); 
                        if( i1>0 ) 
                        { 
                                printf( ' error code: %s!\n', strText ); 
                        } 
                } 
        }

 

二、mbusslave软件包用户接口函数

 

        在DataProvider.h中共定义了6个用户数据接口函数定义如下:

 

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功能描述: 读保持寄存器/读写寄存器,实现功能码3、23
输入参数 
        startRef: 寄存器的起始地址,范围:1-0x10000 
        regArr: 读取寄存器的值 
        refCnt: 需要读取的寄存器数目,范围:1-125
返回值 
        =1:操作成功 
        =0:不支持该项操作
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
(1)int ReadHoldingRegistersTable( int startRef, short regArr[], int refCnt );

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功能描述: 写寄存器,实现功能码6、16、22、23
输入参数 
        startRef: 寄存器的起始地址,范围:1-0x10000 
        regArr: 写寄存器的值 
        refCnt: 需要操作的寄存器数目,范围:1-125
返回值 
        =1:操作成功 
        =0:不支持该项操作
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
(2)int WriteHoldingRegistersTable( int startRef, const short regArr[], int refCnt );

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
功能描述: 读输入寄存器,实现功能码4
输入参数 
        startRef: 寄存器的起始地址,范围:1-0x10000 
        regArr: 读取寄存器的值 
        refCnt: 需要读取的寄存器数目,范围:1-125
返回值 
        =1:操作成功 
        =0:不支持该项操作
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
(3)int ReadInputRegistersTable ( int startRef, short regArr[], int refCnt );

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
功能描述: 读线圈,实现功能码1
输入参数 
        startRef: 寄存器的起始地址,范围:1-0x10000 
        bitArr: 读取线圈的值 
        refCnt: 需要读取的线圈数目,范围:1-2000
返回值 
        =1:操作成功 
        =0:不支持该项操作
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
(4)int ReadCoilsTable( int startRef, char bitArr[], int refCnt );

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
功能描述: 写线圈,实现功能码5、15
输入参数 
        startRef: 寄存器的起始地址,范围:1-0x10000 
        bitArr: 写线圈的值 
        refCnt: 需要操作的线圈数目,范围:1-2000
返回值 
        =1:操作成功 
        =0:不支持该项操作
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
(5)int WriteCoilsTable( int startRef, const char bitArr[], int refCnt );

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
功能描述: 读离散量,实现功能码 2
输入参数 
        startRef: 寄存器的起始地址,范围:1-0x10000 
        bitArr: 读取离散量的值 
        refCnt: 需要读取的离散量数目,范围:1-2000
返回值 
        =1:操作成功 
        =0:不支持该项操作
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
(6)int ReadInputDiscretesTable( int startRef, char bitArr[], int refCnt );

 

        英创现有的Linux工控主板均可支持该协议软件,感兴趣的客户向公司索取相关的测试代码。

 

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