英创信息技术WinCE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《WinCE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“WinCE下的ModBus设备方协议软件”（以下简称modbusSlave软件包）。该软件的是以C函数加静态LIB库的形式提供给客户。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modbusSlave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modbusSlave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modbusSlave软件包时，有两个部分组成，一部分是 modbus_slave.h/ modbus_slave.lib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。

1、modbusSlave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modbusSlave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 lpPortName：

该参数为TCHAR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COM作为开头，后面再带上需要设置的串口通讯参数。格式为：

COMIdx:baudRate-dataBits-opBits-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COM3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：

_T（ ‘COM3:9600-8-1-0’ ）;

也可以直接就用 _T（ ‘COM3’ ）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：

_T（ ‘192.168.201.178’ ）或者_T（“*”），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（ LPCTSTR lpPortName， 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 ）;

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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

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（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 ： TCHAR类型的字符串，为ModBus软件包的版本信息。

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（4） TCHAR * 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 ： TCHAR类型的字符串，为错误文本信息。

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（5） TCHAR * 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（ _T（‘*’）， 1， 10000， mbusSlave_Interface ）;

串口方式：

hPort=mbusSlave_StartupServer（ _T（‘COM3:9600-8-1-0’），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

wcscpy（ szText， mbusSlave_GetErrorText（ result ） ）;

i1 = wcslen（ szText ）;

if（ i1》0 ）

{

wcstombs（ strText， szText， i1 ）;

printf（ ‘ error code： %s！\n’， strText ）;

}

}

}

2、modbusSlave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 ）;

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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

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（2） int WriteHoldingRegistersTable（ int startRef， const short regArr［］， int refCnt ）;

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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

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（3） int ReadInputRegistersTable （ int startRef， short regArr［］， int refCnt ）;

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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 ）;

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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

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（5） int WriteCoilsTable（ int startRef， const char bitArr［］， int refCnt ）;

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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 ）;