英创信息技术Linux下的Modbus设备方协议软件介绍

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。
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// (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
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（1）int ReadHoldingRegistersTable( int startRef, short regArr[], int refCnt );
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
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
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（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
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（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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