diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/README.md b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/README.md new file mode 100644 index 000000000..153cd6d86 --- /dev/null +++ b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/README.md @@ -0,0 +1,340 @@ +# ##modbus-tcp## + +## 1. 简介 + +在xiuos平台实现modbusTCP协议,包括协议报文组装、解析和数据传输,支持主从通信。 + +## 2. 数据结构设计说明 + +### 2.1 数据结构定义 + +首先,需要定义设备存储区的结构体,包括两种存储类型,16位的寄存器和线圈。 + +```c +//定义存储区结构体 +typedef struct MbMemory +{ + coils8_t*rcoil_mem; + reg_t*rreg_mem; + coils8_t*rwcoil_mem; + reg_t*rwreg_mem; +}MBmemoryType; +``` + +​ 然后便是关于ModbusTCP协议相关的结构体定义,包括MBAP和PDU,后续数据区视情况而定,长短不固定。 + +```c +//协议的固定部分为12个字节,当功能码为写多个数据时,后续还有不定长的数据部分 +typedef struct mbap +{ + //MbapType + u16_t tid; + u16_t pid; + u16_t len; + u8_t uid; + + /* data */ +}MbapType; + +typedef struct pdu +{ + u8_t func; + + u16_t addr; + + u8_t operand1; + u8_t operand2; + /* data */ +}PduType; +``` + +### 2.1 从设备请求解析和响应部分 + +​ 主要定义请求的解析器结构,以及每种功能码对应的解析函数,和发送响应的函数。 + +```c +//定义解析器结构体 +typedef struct mbparser +{ + int (*func_set[20])(MBmemoryType*,int,MbapType*,PduType*,u8_t**resp); +}MbParserType; + +//功能码解析函数 +int FuncReadRwCoilX01(MBmemoryType*mem,int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp); +int FuncReadRCoilX02(MBmemoryType*mem,int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp); +int FuncReadRwRegX03(MBmemoryType*mem,int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp); +int FuncReadRRegX04(MBmemoryType*mem,int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp); +int FuncWriteRwCoilX05(MBmemoryType*mem,int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp); +int FuncWriteRwRegX06(MBmemoryType*mem,int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp); +int FuncWriteRwMcoilsX0f(MBmemoryType*mem,int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp); +int FuncWriteRwMregsX10(MBmemoryType*mem,int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp); +int FuncReportSlaveIDX11(MBmemoryType*mem,int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp); + + +/** + * @description: 制作响应报文 + * @param {MbapType*mbap,PduType*pdu,u8_t**resp,u16_t buf_len} + * @return {} + * @Author: pgh_dd 1041315949@qq.com + * @LastEditors: pgh_dd 1041315949@qq.com + */ +void MakeResponse(MbapType*,PduType*,u8_t**,u16_t); + +/** + * @Description: 发送响应报文 + * @param {int} fd 套接字对应文件描述符 + * @param {u16_t} n 报文大小 + * @return {int} + * @Date: 2023-07-25 17:24:55 + * @Author: pgh_dd 1041315949@qq.com + */ +int SendResponse(int fd,u8_t**buf,u16_t n); + + +``` + +### 2.2 主设备的请求包装和发送部分 + +```c +/** + * @Description: 读取键盘输入,并生成请求报文 + * @param {u8_t} flag + * @return {int} + * @Date: 2023-07-25 17:25:26 + * @Author: pgh_dd 1041315949@qq.com + * @LastEditors: pgh_dd 1041315949@qq.com + */ +int GenerateModbusRequest(MbapType*,PduType*,u8_t flag,u8_t**request); + +/** + * @Description: 发送请求报文 + * @param {int fd,u8_t**request,int n} + * @return {} + * @Date: 2023-07-25 17:26:10 + * @Author: pgh_dd 1041315949@qq.com + * @LastEditors: pgh_dd 1041315949@qq.com + */ +void SendModbus(int fd,u8_t**request,int n); + +/** + * @Description: 读取请求报文 + * @param {int fd,MbapType*mbap,PduType*pdu} + * @return {void} + * @Date: 2023-07-25 17:26:49 + * @Author: pgh_dd 1041315949@qq.com + * @LastEditors: pgh_dd 1041315949@qq.com + */ +void GetRequest(int fd,MbapType*,PduType*); +``` + + + +## 3. 测试程序说明 + +​ modbusTCP协议基于TCP协议,因此其主从通信实际上是基于TCP的S/C通信,因此分为服务端和客户端。 + +​ 服务端部分(从设备)程序实际上是一个被动接受请求报文的TCP服务器程序,除了一些基础参数的定义外,主要包括一个无限循环的服务程序,包括报文的接收,以及对存储区的操作,和生成发送响应。 + +```c +static void *ModbusTcpServer(void *arg) +{ + //设置IP和子网掩码网关 + u8_t uid=1;//定义从设备id和存储区 + + MBmemory mbm;//定义存储区 + if(mb_memory_init(&mbm)==-1)//初始化存储区,包括对四个存储区进行内存分配 + { + return 0; + }; + + MBparser mb_parser;//初始化功能码解析器 + MBparser_init(&mb_parser,MBTCP);//初始化解析器,将功能码对应函数注册 + + int fd=create_socket(PORT);//创建监听套接字 + if(fd==-1)return 0; + + if (listen(fd, 10) != 0 ) { + lw_error("Unable to listen\n"); + close(fd); + return 0; + } + + while(1) + { + //建立连接,因为每次接受的连接可能不是同一个设备发来的,因此需要把建立连接部分放在循环体内。 + struct sockaddr_in tcp_addr; + socklen_t addr_len; + + printf("wait accept\n"); + int clientfd = accept(fd, (struct sockaddr *)&tcp_addr, (socklen_t*)&addr_len); + + if(clientfd==-1) + { + lw_error("Unable to listen\n"); + return 0; + } + + while(1) + { + MBAP mbap; + PDU pdu; + read_mbtcp_MBAP(clientfd,&mbap);//读取数据前7字节为mbap初始化 + + if(mbap.uid!=uid){//检验是否为此从机 + close(clientfd); + break; + } + + + read_mbtcp_PDU(clientfd,&pdu);//读取pdu和一些定长部分 + + printf("OP:%x\n",pdu.func); + printf("ADDR:%x\n",pdu.addr); + + u8_t** response_buf;//定义操作返回的指针 + u8_t buf_len=mb_parser.func_set[pdu.func](&mbm,clientfd,&mbap,&pdu,response_buf);//请求的解析和对存储区的操作 + + send_response(clientfd,response_buf,buf_len);//发送响应 + // return NULL; + //执行操作 + + } + close(clientfd); + } + close(fd); + mb_memory_free(&mbm);//释放存储区 +} + +``` + +​ 客户端部分(主设备)是一个主动发送请求的TCP客户端程序,主要包括一个接受键盘输入的循环体,可以接受用户输入的指令,然后包装成Modbus请求报文,并发送给ModbusTCP服务器,然后接受响应报文。 + +```c +static void *ModbusTcpClient(void *arg) +{ + u16_t counter=0; + int fd = -1; + int ret; + + // lw_print("2023-05-27 Peng Guanhua\n"); + lw_print("%s start\n", __func__); + + fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//定义服务器套接字 + if (fd < 0) { + lw_print("Socket error\n"); + return NULL; + } + + char tcp_ip_str[128]="192.168.31.148";//服务器ip和端口号 + u16_t tcp_socket_port=6000; + + /*建立套接字连接*/ + printf("%s\n",tcp_ip_str); + struct sockaddr_in tcp_sock; + tcp_sock.sin_family = AF_INET; + tcp_sock.sin_port = htons(tcp_socket_port); + tcp_sock.sin_addr.s_addr = inet_addr(tcp_ip_str); + printf("%s\n",tcp_ip_str); + + memset(&(tcp_sock.sin_zero), 0, sizeof(tcp_sock.sin_zero)); + + ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&tcp_sock, sizeof(struct sockaddr)); + + if (ret < 0) { + lw_print("Unable to connect %s:%d = %d\n", tcp_ip_str, tcp_socket_port, ret); + close(fd); + return NULL; + } + + lw_print("TCP connect %s:%d success, start.\n", tcp_ip_str, tcp_socket_port); + + + + while (1) { + + MBAP mbap={counter,0,0,0}; + PDU pdu; + u8_t*request; + + int mesg_len=generate_modbus_request(&mbap,&pdu,MBTCP,&request);//此函数中接收键盘输入,并生成请求报文。 + send_modbus(fd,&request,mesg_len);//发送请求报文。 + get_response(fd,&mbap,&pdu);//接收响应报文,并显示 + counter++; + } + + close(fd); + return NULL; +} +``` + + + +## 4. 运行结果 + +### 4.1 从设备通信测试 + +从设备测试,在终端上将TCP服务端程序打开,如图1,等待主设备的连接。 + +![alt 图1从设备等到主设备连接](./img/modbusTCP_S1.png) + +​ 主设备采用Modbus Poll应用程序,建立TCP连接,如图2所示。 + +![alt 图2主设备与从设备建立TCP连接](./img/modbusTCP_S2.png) + +​ 此时modbus poll程序便会不断的向从设备发送请求,如图3。 + +![alt 图3从设备接收从设备请求报文并响应](./img/modbusTCP_S3.png) + +​ 可以看到解析出的功能码、地址以及对应的响应报文,然后我们在modbus poll上修改一下存储区数据。如图4所示。 + +![alt 图4](./img/modbusTCP_S4.png) + +因为修改的是寄存器存储区的值,因此对应0x10功能码,然后看看从设备的反映。如图5所示。 + +![alt 图5](./img/modbusTCP_S6.png) + +可见成功收到功能码,并返回了响应的报文。 + +![alt 图6](./img/modbusTCP_S5.png) + +modbus poll显示响应成功,存储区已成功修改期望的值。 + +![alt 图7](./img/modbusTCP_S7.png) + +可见存储区已成功修改。 + +线圈部分的查询修改同理,不再赘述。 + +### 4.2主设备通信测试 + +​ 首先打开modbus slave应用程序,用以作为从设备,然后将存储区数据修改,用以测试,并打开TCP端口,等待主设备的连接,如图8所示。 + +![alt 图8](./img/modbusTCP_C2.png) + +​ 同样在终端打开从设备程序,从设备的ip,port在源码中已定义好,所以打开时已经连接上,如图9所示。 + + + +![alt 图9](./img/modbusTCP_C1.png) + +​ 开始输入从设备id,功能码,以及其他信息用以生成请求报文。 + +![alt 图10](./img/modbusTCP_C3.png) + +​ 如图10所示,输入功能码3,对应读取寄存器功能,地址从0开始,数量4,然后便会生成请求报文,然后发送,结果如图11所示。 + +![alt](./img/modbusTCP_C4.png) + +​ 可见,已成功查询到寄存器的值。 + +​ 然后测试写入功能,输入功能码15(0xf),对应写入多个线圈功能,如图12,modbus slave对应的响应结果如图13所示。 + +​ ![alt 图12](./img/modbusTCP_C5.png) + +​ 写入线圈的值为5个,分别为1 0 1 0 1。发送成功后,modbus salve中显示如图13所示。 + +![alt 图13](./img/modbusTCP_C6.png) + +​ 可见,已成功修改。 + +​ 其他功能码测试过程类似,不再赘述。 \ No newline at end of file diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C1.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C1.png new file mode 100644 index 000000000..5561b12c4 Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C1.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C2.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C2.png new file mode 100644 index 000000000..86ae5e38a Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C2.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C3.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C3.png new file mode 100644 index 000000000..89a1b8d93 Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C3.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C4.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C4.png new file mode 100644 index 000000000..7f9af533d Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C4.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C5.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C5.png new file mode 100644 index 000000000..da5319285 Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C5.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C6.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C6.png new file mode 100644 index 000000000..9f9c230ec Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_C6.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S1.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S1.png new file mode 100644 index 000000000..174c7d1f8 Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S1.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S2.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S2.png new file mode 100644 index 000000000..247be62ed Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S2.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S3.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S3.png new file mode 100644 index 000000000..7a15f8800 Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S3.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S4.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S4.png new file mode 100644 index 000000000..4d8bf1a0e Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S4.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S5.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S5.png new file mode 100644 index 000000000..31ad122b8 Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S5.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S6.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S6.png new file mode 100644 index 000000000..f06a4bf29 Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S6.png differ diff --git a/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S7.png b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S7.png new file mode 100644 index 000000000..fdbec3295 Binary files /dev/null and b/APP_Framework/Applications/app_test/test_modbus_tcp/img/modbusTCP_S7.png differ