11.7 Modbus TCP編程與實驗

本課程并沒有支持Modbus TCP協議的傳感器，所以使用將會編寫2個程序：

①modbus_server_tcp.c：模擬一個Modbus TCP傳感器

②modbus_client_tcp.c：操作傳感器

程序結構如下圖所示：

在硬件上無需進行任何特殊的連接。

本節源碼位于如下目錄：

下面以情景分析的方法講解代碼。假設在開發板上執行如下命令：

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# ./modbus_server_tcp 127.0.0.1 &
# ./modbus_client_tcp 127.0.0.1 led1 on

11.7.1 server初始化與等待連接

在“modbus_server_tcp.c”中，代碼如下：

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41 ctx = modbus_new_tcp(argv[1], 1502);
42 if (ctx == NULL) {
43 fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context
");
44 return -1;
45 }
46
47 //modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);
48
49 mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(0,
50 NB_BITS, /* 5 個 DO 寄存器,對應 beep1,beep2,led1,led2,led3 */
51 0,
52 NB_INPUT_BITS,
53 0,
54 NB_REGISTERS,
55 0,
56 NB_INPUT_REGISTERS); /* 2 個 AI 寄存器,對應溫度和濕度 */
57 memset(mb_mapping->tab_bits, 0, NB_BITS);
58 memset(mb_mapping->tab_input_registers, 0, NB_INPUT_REGISTERS*2);
59
60 memset(old_bits, 0, NB_BITS);
61 memset(old_regs, 0, NB_INPUT_REGISTERS*2);
62
63 s = modbus_tcp_listen(ctx, 1);
64 modbus_tcp_accept(ctx, &s);

第41行：分配一個modbus_t結構體，里面含有IP和端口。

第47行：設置自己的傳感器地址，這行被注釋掉了，在Modbus TCP協議里，即使客戶端使用不同的設備地址發來請求，server端都會接收到這些所有請求（它忽略設備地址）。

第49~56行：分配Modbus寄存器。它根據《11.5.2 傳感器點表》來模擬一個傳感器。

第57~58行：設置DO、AI寄存器初始值為0。

第60~61行：設置2個數組的值為0，這2個數組將用來跟Modbus寄存器進行比較，這樣才能知道Client 程序有沒有修改這些值。

第63~64行：這是跟Modbus RTU協議不同的地方，它們初始化socket，等待客戶端連接。

11.7.2 client初始化與發起連接

在“modbus_client_tcp.c”中，代碼如下：

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33 ctx = modbus_new_tcp(argv[1], 1502);
34 if (ctx == NULL) {
35 fprintf(stderr, "Unable to allocate libmodbus context
");
36 return -1;
37 }
38
39 modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);
40
41 if (modbus_connect(ctx) == -1) {
42 fprintf(stderr, "Connection failed: %s
", modbus_strerror(errno));
43 modbus_free(ctx);
44 return -1;
45 }

第33行：分配一個modbus_t結構體，設置IP和端口。

第39行：設置要訪問的Modbus傳感器地址。

第41行：發出連接請求。

11.7.3 server等待請求

在“modbus_server_tcp.c”中，代碼如下：

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66 while (1)
67 {
68 do {
69 rc = modbus_receive(ctx, query);
70 /* Filtered queries return 0 */
71 } while (rc == 0);
72

第69行：等待client發來請求。

11.7.4 client 發出請求

在“modbus_client_tcp.c”中，代碼如下：

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65 if (!strcmp(argv[2], "beep1"))
66 addr = 0;
67 if (!strcmp(argv[2], "beep2"))
68 addr = 1;
69 if (!strcmp(argv[2], "led1"))
70 addr = 2;
71 if (!strcmp(argv[2], "led2"))
72 addr = 3;
73 if (!strcmp(argv[2], "led3"))
74 addr = 4;
75
76 if (addr == -1)
77 {
78 usage(argv[0]);
79 return -1;
80 }
81
82 if (!strcmp(argv[3], "on"))
83 status = 1;
84 else
85 status = 0;
86
87 rc = modbus_write_bit(ctx, addr, status);
88 if (rc == 1)
89 {
90 printf("modbus_write_bit ok
");
91 }
92 else
93 {
94 printf("modbus_write_bit err: %d, %s
", rc, strerror(errno));
95 }

第65~85行：根據參數設置addr、status。

第87行：發出“寫AO寄存器的請求”。

11.7.5 server處理請求并回應

在“modbus_server_tcp.c”中，代碼如下：

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75 if (rc >= 0) {
76
77 printf("Get query for UID %d
", query[6]);
78
79 /* 使用隨機數模擬溫度、濕度 */
80 mb_mapping->tab_input_registers[0] = rand() % 1000; /* 溫度,單位:0.1C */
81 mb_mapping->tab_input_registers[1] = rand() % 1000; /* 濕度,單位:0.1% */
82
83 rc = modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
84 }
85 if (rc == -1) {
86 printf("Connection closed!
");
87 modbus_close(ctx);
88 modbus_tcp_accept(ctx, &s);
89 }
90
91 /* 根據 client 設置的數值,假裝操作蜂鳴器和 LED */
92 if (mb_mapping->tab_bits[0] != old_bits[0])
93 {
94 printf("set beep1 %s
", mb_mapping->tab_bits[0] ? "on" : "off");
95 old_bits[0] = mb_mapping->tab_bits[0];
96 }
97
98 if (mb_mapping->tab_bits[1] != old_bits[1])
99 {
100 printf("set beep2 %s
", mb_mapping->tab_bits[1] ? "on" : "off");
101 old_bits[1] = mb_mapping->tab_bits[1];
102 }
103
104 if (mb_mapping->tab_bits[2] != old_bits[2])
105 {
106 printf("set led1 %s
", mb_mapping->tab_bits[2] ? "on" : "off");
107 old_bits[2] = mb_mapping->tab_bits[2];
108 }
109
110 if (mb_mapping->tab_bits[3] != old_bits[4])
111 {
112 printf("set led2 %s
", mb_mapping->tab_bits[4] ? "on" : "off");
113 old_bits[3] = mb_mapping->tab_bits[4];
114 }
115
116 if (mb_mapping->tab_bits[4] != old_bits[4])
117 {
118 printf("set led3 %s
", mb_mapping->tab_bits[4] ? "on" : "off");
119 old_bits[4] = mb_mapping->tab_bits[4];
120 }

第77行：打印client端發來的請求包里的“設備地址”，你可以根據這個“設備地址”去操作不同的設備，本程序未使用它。

第80~81行：使用隨機數填充AO寄存器模擬溫濕度。如果client讀取溫濕度的話，下面第83行的“modbus_reply”就會回復這些溫濕度值。

第83行：使用“modbus_reply”發出回復包給client。

第85~89行：如果出錯，重新等待client建立連接。

第91~120行：根據client發來的數據，操作硬件（這里僅僅是打印信息）。

11.7.6 上機實驗

把代碼上傳到Ubuntu。

然后，在Ubuntu下執行如下命令進行編譯：

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$ source /opt/remi-sdk/environment-setup-aarch64-poky-linux
$ make
$ scp modbus_client_tcp root@192.168.5.9:/home/root
$ scp modbus_server_tcp root@192.168.5.9:/home/root

最后，在開發板上執行如下命令（先執行 modbus_server）：

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# cd /home/root
# ./modbus_server_tcp 127.0.0.1 &
# ./modbus_client_tcp 127.0.0.1 led1 on
Get query for UID 4
set led1 on
modbus_write_bit ok
Connection closed!
# ./modbus_client_tcp 127.0.0.1 read
Get query for UID 4
Temprature = 38.6C, Humity = 49.2%
Get query for UID 4
Temprature = 64.9C, Humity = 42.1%
Get query for UID 4
Temprature = 36.2C, Humity = 2.7%

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