libmodbus情景分析

11.3libmodbus情景分析

以“modbus_write_bits”函数为例，分析下图的执行流程：

11.3.1

初始化

1. 主设备初始化

主设备程序先调用“modbus_new_rtu”函数，仅仅是分配一个modbus结构体，在里面记录要使用的串口设备、参数：

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

再调用“modbus_set_slave”，是设置“要访问哪个从设备”。每当访问不同地址的设备之前，都应该调用这个函数。

最后调用“modbus_connect”函数，这个函数只是打开串口、设置串口参数，并没有跟从设备进行数据交互。

2. 从设备初始化

从设备的初始化，跟主设备类似，不过多了使用“modbus_mapping_new_start_address”函数创建寄存器 buffer。

modbus_mapping_t结构体如下定义：

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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;

它被用来描述DI、DO、AI、AO四类寄存器。以DO寄存器为例，这个结构体里有3个成员：

①nb_bits：DO寄存器个数。

②start_bits：DO寄存器起始寄存器地址。

③tab_bits：指向一个“uint8_t”类型的数组，里面每个数组项表示一个DO寄存器，这个数组大小为nb_bits。数组中第0项，对应第“start_bits”个DO寄存器。

“modbus_mapping_new_start_address”函数原型

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);

假设从设备执行了如下代码：

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

将会分配出如下结构体：

modbus传输的本质，就是读写上图中4个数组。

11.3.2

主设备发送请求

主设备调用“modbus_write_bits”函数，想写若干个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);

根据Modbus RTU协议，它必定执行如下操作：

①构造数据包

②通过串口发送数据包

③等待、读取回复

对于上述代码，数据包的内容如下：

1. 先构造包头

函数调用关系如下：

2. 再构造数据

代码如下：

3. 计算检验码

在发送数据包的函数里，先计算检验码，代码如下：

4. 发送数据包

前面构造好了数据包，发送就比较简单：调用write函数进行发送即可。代码如下：

11.3.3

从设备接收请求

从设备的程序一直在等待主机发来的消息，示例代码如下：

“modbus_receive”函数内部实现为：

①使用select机制，逐个读取字符

②根据读到的字符，分辨还需要读多少数据

1. 读取单个字符

函数调用关系如下：

2. 判断还需要读取多少数据

从设备读取主设备发来的请求包时，步骤为：

①先读取“功能码”

②再根据功能码判断后续要的包头数据还剩多少，读取包头

③最后根据包头数据解析要读多少数据，读取数据。

流程如下图所示：

确定第1个阶段数据长度的代码如下：

读到功能码后，根据功能码计算剩下的包头的数据：

读到完整的包头后，计算剩下的数据长度：

3. 判断数据完整性

就是根据校验码判断数据是否有错误，代码如下：

11.3.4

从设备回应

从设备接收到请求后，调用如下函数进行处理、回应：

在“modbus_reply”函数内部，它会：

①对于写请求：把请求包中的数据解析出入，填入 mb_mapping中对应的寄存器buffer；

②对于读请求：从mb_mapping中对应的寄存器buffer取出数据；

③构造回复包，发送给主设备。

本情景分析中，主设备调用“modbus_write_bits”函数，想写两个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);

从设备使用“modbus_reply”函数处理。

1. 根据请求包设置寄存器buffer

代码如下：

2. 构造回复包

对于“写多个DO寄存器”的请求，它的回复包格式如下：

下面的代码，构造的回复包里含有上图1、2的信息（在发送回复包时才构造校验码）：

3. 发送回复包

最后，从设备发送回复包：