11.3libmodbus情景分析

以“modbus_write_bits”函數(shù)為例，分析下圖的執(zhí)行流程：

11.3.1

初始化

1. 主設(shè)備初始化

主設(shè)備程序先調(diào)用“modbus_new_rtu”函數(shù)，僅僅是分配一個(gè)modbus結(jié)構(gòu)體，在里面記錄要使用的串口設(shè)備、參數(shù)：

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modbus_t *
modbus_new_rtu(const char *device, int baud, char parity, int data_bit, int stop_bi
t);

再調(diào)用“modbus_set_slave”，是設(shè)置“要訪問(wèn)哪個(gè)從設(shè)備”。每當(dāng)訪問(wèn)不同地址的設(shè)備之前，都應(yīng)該調(diào)用這個(gè)函數(shù)。

最后調(diào)用“modbus_connect”函數(shù)，這個(gè)函數(shù)只是打開(kāi)串口、設(shè)置串口參數(shù)，并沒(méi)有跟從設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2. 從設(shè)備初始化

從設(shè)備的初始化，跟主設(shè)備類似，不過(guò)多了使用“modbus_mapping_new_start_address”函數(shù)創(chuàng)建寄存器 buffer。

modbus_mapping_t結(jié)構(gòu)體如下定義：

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typedef struct _modbus_mapping_t {
 int nb_bits;
 int start_bits;
 int nb_input_bits;
 int start_input_bits;
 int nb_input_registers;
 int start_input_registers;
 int nb_registers;
 int start_registers;
 uint8_t *tab_bits;
 uint8_t *tab_input_bits;
 uint16_t *tab_input_registers;
 uint16_t *tab_registers;
} modbus_mapping_t;

它被用來(lái)描述DI、DO、AI、AO四類寄存器。以DO寄存器為例，這個(gè)結(jié)構(gòu)體里有3個(gè)成員：

①nb_bits：DO寄存器個(gè)數(shù)。

②start_bits：DO寄存器起始寄存器地址。

③tab_bits：指向一個(gè)“uint8_t”類型的數(shù)組，里面每個(gè)數(shù)組項(xiàng)表示一個(gè)DO寄存器，這個(gè)數(shù)組大小為nb_bits。數(shù)組中第0項(xiàng)，對(duì)應(yīng)第“start_bits”個(gè)DO寄存器。

“modbus_mapping_new_start_address”函數(shù)原型

如下：

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/* Allocates 4 arrays to store bits, input bits, registers and inputs
 registers. The pointers are stored in modbus_mapping structure.
 The modbus_mapping_new_start_address() function shall return the new allocated
 structure if successful. Otherwise it shall return NULL and set errno to
 ENOMEM. */
modbus_mapping_t *modbus_mapping_new_start_address(unsigned int start_bits,
 unsigned int nb_bits,
 unsigned int start_input_bits,
 unsigned int nb_input_bits,
 unsigned int start_registers,
 unsigned int nb_registers,
 unsigned int start_input_registers,
 unsigned int nb_input_registers);

假設(shè)從設(shè)備執(zhí)行了如下代碼：

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modbus_mapping_t *mb_mapping;
mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(0,
 4, /* DO, 4 個(gè)寄存器 */
 0,
 3, /* DI, 3 個(gè)寄存器 */
 0, 
 2, /* AO, 2 個(gè)寄存器 */
 0,
 1; /* AI, 1 個(gè)寄存器 */

將會(huì)分配出如下結(jié)構(gòu)體：

modbus傳輸?shù)谋举|(zhì)，就是讀寫上圖中4個(gè)數(shù)組。

11.3.2

主設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求

主設(shè)備調(diào)用“modbus_write_bits”函數(shù)，想寫若干個(gè)DO寄存器，比如：

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01 uint8_t buf[2] = {1, 0};
02 int rc = modbus_write_bits(ctx, 0, 2, buf);

根據(jù)Modbus RTU協(xié)議，它必定執(zhí)行如下操作：

①構(gòu)造數(shù)據(jù)包

②通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)包

③等待、讀取回復(fù)

對(duì)于上述代碼，數(shù)據(jù)包的內(nèi)容如下：

1. 先構(gòu)造包頭

函數(shù)調(diào)用關(guān)系如下：

2. 再構(gòu)造數(shù)據(jù)

代碼如下：

3. 計(jì)算檢驗(yàn)碼

在發(fā)送數(shù)據(jù)包的函數(shù)里，先計(jì)算檢驗(yàn)碼，代碼如下：

4. 發(fā)送數(shù)據(jù)包

前面構(gòu)造好了數(shù)據(jù)包，發(fā)送就比較簡(jiǎn)單：調(diào)用write函數(shù)進(jìn)行發(fā)送即可。代碼如下：

11.3.3

從設(shè)備接收請(qǐng)求

從設(shè)備的程序一直在等待主機(jī)發(fā)來(lái)的消息，示例代碼如下：

“modbus_receive”函數(shù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)為：

①使用select機(jī)制，逐個(gè)讀取字符

②根據(jù)讀到的字符，分辨還需要讀多少數(shù)據(jù)

1. 讀取單個(gè)字符

函數(shù)調(diào)用關(guān)系如下：

2. 判斷還需要讀取多少數(shù)據(jù)

從設(shè)備讀取主設(shè)備發(fā)來(lái)的請(qǐng)求包時(shí)，步驟為：

①先讀取“功能碼”

②再根據(jù)功能碼判斷后續(xù)要的包頭數(shù)據(jù)還剩多少，讀取包頭

③最后根據(jù)包頭數(shù)據(jù)解析要讀多少數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)。

流程如下圖所示：

確定第1個(gè)階段數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的代碼如下：

讀到功能碼后，根據(jù)功能碼計(jì)算剩下的包頭的數(shù)據(jù)：

讀到完整的包頭后，計(jì)算剩下的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：

3. 判斷數(shù)據(jù)完整性

就是根據(jù)校驗(yàn)碼判斷數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤，代碼如下：

11.3.4

從設(shè)備回應(yīng)

從設(shè)備接收到請(qǐng)求后，調(diào)用如下函數(shù)進(jìn)行處理、回應(yīng)：

在“modbus_reply”函數(shù)內(nèi)部，它會(huì)：

①對(duì)于寫請(qǐng)求：把請(qǐng)求包中的數(shù)據(jù)解析出入，填入 mb_mapping中對(duì)應(yīng)的寄存器buffer；

②對(duì)于讀請(qǐng)求：從mb_mapping中對(duì)應(yīng)的寄存器buffer取出數(shù)據(jù)；

③構(gòu)造回復(fù)包，發(fā)送給主設(shè)備。

本情景分析中，主設(shè)備調(diào)用“modbus_write_bits”函數(shù)，想寫兩個(gè)DO寄存器，比如：

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01 uint8_t buf[2] = {1, 0};
02 int rc = modbus_write_bits(ctx, 0, 2, buf);

從設(shè)備使用“modbus_reply”函數(shù)處理。

1. 根據(jù)請(qǐng)求包設(shè)置寄存器buffer

代碼如下：

2. 構(gòu)造回復(fù)包

對(duì)于“寫多個(gè)DO寄存器”的請(qǐng)求，它的回復(fù)包格式如下：

下面的代碼，構(gòu)造的回復(fù)包里含有上圖1、2的信息（在發(fā)送回復(fù)包時(shí)才構(gòu)造校驗(yàn)碼）：

3. 發(fā)送回復(fù)包

最后，從設(shè)備發(fā)送回復(fù)包：