Visual Studio 上基于libmodbus庫的modbus RTU模式的通訊模擬
本文主要為《Modbus 軟體開發實戰指南》的代碼，看這本書的緣由是，我在做libmodbus+qt上位機，參考了網上的一些資料，照著來了一遍，總是編譯不過，就在博客中搜索，意外中看到了這本書，下載pdf居然也要充錢收費，于是借了書，針對其中有用的部分，碼字分享之，希望對各位有用，
libmodbus庫的編譯
libmodbus的庫在VS平臺上的編譯，與在Msys上的編譯略有不同，編譯的步驟如下：
- 在github上下載libmodbus源代碼，下載網址：https://github.com/stephane/libmodbus.
- 解壓完成后，在src/win32檔案目錄下，雙擊configure.js，生成了config.h檔案和modbus-version.h檔案，
- 打開專案檔案modbus-9.sln，在彈出的檔案升級對話框中，點擊確定，
- 將源檔案夾下的modbus-version.h替換成新生成的modbus-version.h，
- 右鍵點擊專案，選擇屬性，打開屬性對話框，選擇該VS版本下的SDK，并去除掉Version選項的定義，
- 編譯通過，生成modbus.dll和modbus.lib檔案，
RTU Master端的撰寫
新建專案工程，將之前生成的dll檔案、lib檔案以及libmodbus庫里的頭檔案，復制到專案檔案所在的目錄下，并通過添加現有檔案到專案中，至此libmodbus中的各種介面函式可以應用了，
1.TestRtuMaster.cpp
#include <stdio.h>
#ifdef _MSC_VER
#ifndef _UNISTD_H /*unistd.h頭檔案的替代*/
#define _UNISTD_H
#include <io.h>
#include <process.h>
#endif
#endif
#include <string.h>
#include<stdlib.h>
#include <errno.h> //查看錯誤代碼的頭檔案
#include "modbus.h" //參考libmodbus資料庫
#define LOOP 1 //宏定義回圈次數
#define SERVER_ID 17 //從機端設備地址
#define ADDRESS_START 0 //測驗暫存器的起始地址
#define ADDRESS_END 99 //測驗暫存器的結束地址
int main(void)
{
modbus_t *ctx; //modbus_t結構體指標變數
int rc;
int nb_fail; //表示什么
int nb_loop;
int addr;
int nb; //暫存器的個數
uint8_t *tab_rq_bits;
uint8_t *tab_rp_bits;
uint16_t *tab_rq_registers;
uint16_t *tab_rw_rq_registers;
uint16_t *tab_rp_registers;
/*RTU*/
ctx = modbus_new_rtu("COM3", 19200, 'N', 8, 1); //生成并初始化一個modbus結構體在串行線路中使用RTU模式通訊，N表示無奇偶位校驗
modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID); //設定從機端地址
modbus_set_debug(ctx, TRUE); //啟動除錯模式，標志位設定為TRUE，表示會在stdout和stderr（標準輸出設備）上顯示很多冗長的資訊，用于顯示modbus訊息的位元組
if (modbus_connect(ctx) == -1) //建立modbus連接，若連接成功，該函式回傳0，否則，回傳-1，并將errno設定為底層系統呼叫的定義值
{
fprintf(stderr, "Connection failed :%s\n", modbus_strerror(errno)); //通過呼叫errno，捕獲程式失敗的原因
modbus_free(ctx); //釋放已分配的modbus結構體
return -1;
}
nb = ADDRESS_END - ADDRESS_START; //計算需測驗的暫存器個數
//申請記憶體，用于保存發送以及接收的資料
tab_rq_bits = (uint8_t *)malloc(nb * sizeof(uint8_t));
memset(tab_rq_bits, 0, nb * sizeof(uint8_t));
tab_rp_bits = (uint8_t *)malloc(nb * sizeof(uint8_t));
memset(tab_rp_bits, 0, nb * sizeof(uint8_t));
tab_rq_registers = (uint16_t *)malloc(nb * sizeof(uint16_t));
memset(tab_rq_registers, 0, nb * sizeof(uint16_t));
tab_rp_registers = (uint16_t *)malloc(nb * sizeof(uint16_t));
memset(tab_rp_registers, 0, nb * sizeof(uint16_t));
tab_rw_rq_registers = (uint16_t *)malloc(nb * sizeof(uint16_t));
memset(tab_rw_rq_registers, 0, nb * sizeof(uint16_t));
nb_loop = nb_fail = 0;
while (nb_loop++ < LOOP)
{
//從起始地址開始順序測驗
for (addr = ADDRESS_START; addr < ADDRESS_END; addr++)
{
int i;
//生成亂數
for (i = 0; i < nb; i++)
{
tab_rq_registers[i] = (uint16_t)(65535.0 * rand() / (RAND_MAX + 1.0));
tab_rw_rq_registers[i] = ~tab_rq_registers[i];
tab_rq_bits[i] = tab_rq_registers[i] % 2;
}
nb = ADDRESS_END - addr;
rc = modbus_write_bit(ctx, addr, tab_rq_bits[0]); //這個函式的第三個引數是status值，不對應，我有點不太理解
if (rc != 1)
{
printf("ERROR modbus _write_bit(%d)\n", rc);
printf("Address = %d, value = %d\n", addr, tab_rq_bits[0]);
nb_fail++; //nb_fail==nb_loop
}
else
{
//寫入之后，讀取并進行比較
rc = modbus_read_bits(ctx, addr, 1, tab_rp_bits);
if (rc != 1 || tab_rq_bits[0] != tab_rp_bits[0])
{
printf("ERROR modbus_read_bits single(%d)\n", rc);
printf("address =%d\n", addr);
nb_fail++;
}
}
/*測驗線圈暫存器的批量讀寫*/
rc = modbus_write_bits(ctx, addr, nb, tab_rq_bits); //對應0x0F功能
if (rc != nb)
{
printf("ERROR modbus_write_bits(%d)\n", rc);
printf("Address=%d,nb=%d\n", addr, nb);
nb_fail++;
}
else
{
//寫入之后，再讀取并比較
rc = modbus_read_bits(ctx, addr, nb, tab_rp_bits); //對應0x01功能
if (rc != nb)
{
printf("ERROR modbus_read_bits\n");
printf("Address=%d,nb=%d\n", addr, nb);
nb_fail++;
}
else
{
//進行比較
for (i = 0; i < nb; i++)
{
if (tab_rp_bits[i] != tab_rq_bits[i])
{
printf("ERROR modbus_read_bits\n");
printf("Addr=%d,Val=%d(0x%X)!=%d(0x%X)\n", addr, tab_rq_bits[i], tab_rq_bits[i], tab_rp_bits[i], tab_rp_bits[i]);
nb_fail++;
}
}
}
}
/*測驗保持暫存器的單個讀寫*/
rc = modbus_write_register(ctx, addr, tab_rq_registers[0]); //寫單個暫存器，對應功能0x06
if (rc != 1)
{
printf("ERROR modbus_write_register(%d)\n", rc);
printf("Address=%d,Val=%d(0x%X)\n", addr, tab_rq_registers[0], tab_rq_registers[0]);
nb_fail++;
}
else
{
//寫入后再進行讀取
rc = modbus_read_registers(ctx, addr, 1, tab_rp_registers); //讀取保持暫存器，對應功能0x03
if (rc != 1)
{
printf("ERROR modbus_read_registers(%d)\n", rc);
printf("Address = %d\n", addr);
nb_fail++;
}
else
{
//讀取后進行比較
if (tab_rq_registers[0] != tab_rp_registers[0])
{
printf("ERROR modbus_read_registers\n");
printf("Address=%d,Val=%d(0x%X)!=%d(0x%X)\n", addr, tab_rq_registers[0], tab_rq_registers[0], tab_rp_registers[0], tab_rp_registers[0]);
nb_fail++;
}
}
}
/*測驗多個暫存器的批量讀寫*/
rc = modbus_write_registers(ctx, addr, nb, tab_rq_registers); //寫多個暫存器，對應功能0x16
if (rc != nb)
{
printf("ERROR modbus_write_registers(%d)\n", rc);
printf("Address=%d,nb=%d\n", addr, nb);
nb_fail++;
}
else
{
rc = modbus_read_registers(ctx, addr, nb, tab_rp_registers); //讀取保持暫存器，對應功能0x03
if (rc != nb)
{
printf("ERROR modbus_read_registers(%d)\n", rc);
printf("Address=%d\n", addr, nb);
nb_fail++;
}
else
{
for (i = 0; i < nb; i++)
{
//進行比較
if (tab_rq_registers[i] != tab_rp_registers[i])
{
printf("ERROR modbus_read_registers\n");
printf("Address=%d,value%d(0x%X)!=%d(0x%X)\n,addr,tab_rq_registers[i],tab_rq_registers[i],tab_rp_registers[i],tab_rp_registers[i]");
nb_fail++;
}
}
}
/*讀寫多個暫存器的測驗*/
rc = modbus_write_and_read_registers(ctx, addr, nb, tab_rw_rq_registers, addr, nb, tab_rp_registers);//讀寫多個暫存器，對應功能ox17
if (rc != nb)
{
printf("ERROR modbus_read_and_write_registers(%d)\n", rc);
printf("Address=%d,nb=%d\n", addr, nb);
nb_fail++;
}
else
{
//讀取并比較
for (i = 0; i < nb; i++)
{
if (tab_rp_registers[i] != tab_rw_rq_registers[i])
{
printf("ERROR modbus_read_and_write_registers READ\n");
printf("Address=%d,value%d(0x%X)!=%d(0x%X)\n", addr, tab_rp_registers[i], tab_rq_registers[i], tab_rp_registers[i], tab_rw_rq_registers[i]);
nb_fail++;
}
}
rc = modbus_read_registers(ctx, addr, nb, tab_rp_registers);
if (rc != nb)
{
printf("ERROR modbus_read_registers(%d)\n", rc);
printf("Address=%d,nb=%d\n", addr, nb);
nb_fail++;
}
else
{
for (i = 0; i < nb; i++)
{
if (tab_rw_rq_registers[i] != tab_rp_registers[i])
{
printf("ERROR modbus_read_and_write_registers\n");
printf("Address=%d,Val %d(0x%X)!=%d(0x%X)\n", addr, tab_rw_rq_registers[i], tab_rw_rq_registers[i], tab_rp_registers[i], tab_rp_registers[i]);
nb_fail++;
}
}
}
}
}
printf("Test:");
if (nb_fail)
printf("%d FAIL\n", nb_fail);
else
printf("SUCCESS\n");
}
/*釋放記憶體空間*/
free(tab_rq_bits);
free(tab_rp_bits);
free(tab_rq_registers);
free(tab_rp_registers);
free(tab_rw_rq_registers);
/*關閉連接*/
modbus_close(ctx);
modbus_free(ctx);
return 0;
}
}
其中有幾個需要補充的說明和幾個函式用法介紹如下：
- unistd.h頭檔案無法使用，采用了它的替換方式；
- include <errno.h>：是查看錯誤代碼的頭檔案；
- modbus_new_rtu()：用來生成并初始化一個modbus_t結構體，在串行線路中使用RTU模式通訊，N表示無奇偶位校驗；
- modbus_set_slave()：設定從機端的ID；
- modbus_set_debug()：啟動除錯模式，標志位設定為TRUE，表示會在stdout和stderr（標準輸出設備）上顯示很多冗長的資訊，用于顯示modbus訊息的位元組;
- modbus_connect()：建立modbus連接，若連接成功，該函式回傳0，否則，回傳-1，并將errno設定為底層系統呼叫的定義值；
- modbus_strerror()：通過呼叫errno，可捕獲程式失敗的原因；
- modbus_free()：釋放已分配的modbus_t結構體；
- modbus_write_bit()：線圈的單個寫操作
int modbus_write_bit(modbus_t *ctx,int addr,int status),其中status為True或false，對應Modbus功能碼0x05； - modbus_read_bits()：線圈的讀操作
int modbus_read_bits(modbus_t *ctx,int addr,int nb,uint8_t *dest)，表示將nb位（線圈）的狀態讀取到地址為addr的設備上，并存盤到dest陣列中去，設定為TRUE或FALSE的無符號位元組，對應Modbus功能碼0x01; - modbus_write_bits()： 多個線圈的批量寫操作
int modbus_write_bits(modbus_t *ctx,int addr,int nb,const uint8_t *src),表示從設備地址addr處的src陣列寫入nb位（線圈）的狀態，其中src的陣列要包含設定有TRUE或FALSE的位元組，對應Modbus功能碼0x0F； - modbus_write_register(): 單個保持暫存器的寫操作
int modbus_write_register(modbus_t *ctx,int addr,int value),用于將保持暫存器的值寫在地址為addr的設備上,對應Modbus功能碼為0x06; - modbus_write_registers()：多個保持暫存器的寫操作
int modbus_write_registers(modbus_t *ctx,int addr,int nb,const uint16_t *src);表示將src陣列中的內容寫到地址為addr的nb個暫存器中，對應Modbus功能碼為0x16； - modbus_read_registers()：讀取保持暫存器
int modbus_read_registers(modbus_t *ctx,int addr, int nb, uint16_t *dest),表示讀取地址設備在addr處開始的nb位（保持暫存器）的狀態，讀取結果以uint16位的形式存盤在dest陣列中，對應Modbus功能碼0x03； - modbus_write_and_read_registers：多個暫存器的讀和寫
int modbus_write_and_read_registers(modbus_t *ctx, int write_addr, int write_nb, const uint16_t *src, int read_addr, int read_nb, const uint16_t *dest)，表示將src陣列中的內容寫到遠程設備write_addr地址處的一組write_nb個暫存器，然后讀取read_addr處的一組read_nb個暫存器內容并保存到dest陣列，對應Modbus功能碼0x17，
RTU-Master的代碼流程小結
1.初始化并生成modbus_t 結構體；
2.設定從機端的ID；
3.啟動除錯模式；
4.建立modbus連接；
5.申請記憶體；
6.暫存器/線圈的賦值;
7.線圈暫存器的單個讀寫/批量讀寫/保持暫存器的單個讀寫/批量讀寫/讀取多個暫存器；
8.釋放記憶體；
9.關閉modbus連接；
10.釋放modbus結構體
RTU-Slave端的撰寫
同上
1.TestRtuSlave.cpp：
#include <stdio.h>
#ifndef _MSC_VER
#endif
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include "modbus.h"
#define SERVER_ID 17
int main(void)
{
modbus_t *ctx;
modbus_mapping_t *mb_mapping;
/*RTU*/
ctx = modbus_new_rtu("COM2", 19200, 'N', 8, 1); //創建一個RTU的容器
modbus_set_slave(ctx, SERVER_ID);
modbus_set_debug(ctx, TRUE);
if (modbus_connect(ctx) == -1)
{
fprintf(stderr, "Connection failed:%s\n", modbus_strerror(errno));
modbus_free(ctx);
return -1;
}
mb_mapping = modbus_mapping_new(500, 500, 500, 500);
if (mb_mapping == NULL)
{
fprintf(stderr, "Error mapping: %s\n", modbus_strerror(errno));
modbus_free(ctx);
return -1;
}
for (;;)
{
uint8_t query[MODBUS_TCP_MAX_ADU_LENGTH];
int rc;
rc = modbus_receive(ctx, query);
if (rc > 0)
{
modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
}
else
{
printf("Connection Closed\n");
}
}
printf("Quit the loop :%s\n", modbus_strerror(errno));
modbus_mapping_free(mb_mapping);
modbus_close(ctx);
modbus_free(ctx);
return 0;
}
補充函式說明
- modbus_mapping_new()：
modbus_mapping_t modbus_mapping_new(int nb_bits,int nb_input_bits,int nb_registers,int nb_registers);
modbus_mapping_new()函式需要分配4個陣列來存盤位、輸入位、暫存器和輸入暫存器，若不需要為特定型別的資料分配陣列，可在引數中傳遞0值，關聯指標則為NULL，
該函式回傳一個modbus_mapping_t指標， - modbus_receive()：
int modbus_receive(modbus_t *ctx,uint8_t *req);
modbus_receive()函式是Modbus從機端/服務器使用此功能接收和分析主機端/客戶機發送的指示請求， - modbus_reply()：
*int modbus_reply(modbus_t *ctx,const uint8_t *req,int req_length,modbus_mapping_t *mb_mapping);
modbus_reply()函式是對接收到的請求發送回應，先是分析引數中請求req，然后利用ctx來構建和發送回應，此功能是為Modbus 服務器設計的， - modbus_mapping_free()：
void modbus_mapping_free(modbus_mapping_t *mb_mapping);
modbus_mapping_free()函式將釋放mb_mapping_t結構中的四個陣列，并最終釋放mb_mapping所參考的mb_mapping_t，
RTU-Slave的代碼流程小結：
1.初始化并生成modbus_t 結構體；
2.設定從機端的ID;
3.起點除錯模式;
4.建立modbus連接;
5.modbus_mapping_new()初始化暫存器，回傳一個modbus_mapping_t 指標；
6.呼叫modbus_receive()函式判斷串口的接收資料，負責接收和分析；
7.呼叫modbus_reply()函式，對接收到的請求指示發送回應（回復）；
8.釋放modbus_mapping_t 結構體；
9.關閉modbus連接；
10.釋放modbus_t 結構體，
創建虛擬串口
下載Configure Virtual Serial Port Driver，新建虛擬埠COM2和COM3，可在設備管理器中查詢是否建立，
分別啟動兩個專案，則可完成modbus RTU模式的通訊，
至此，Modbus RTU模式的通訊測驗完成，希望對你有用，謝謝~
參考1：libmodbus手冊翻譯
參考2：《Modbus 軟體開發實戰指南》
參考3：modbus之libmodbus
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