forked from xuos/xiuos
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README.md
##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。
//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。
//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。
//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
/**
* @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。
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。
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。
主设备采用Modbus Poll应用程序，建立TCP连接，如图2所示。
此时modbus poll程序便会不断的向从设备发送请求，如图3。
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。
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。
可见成功收到功能码，并返回了响应的报文。
modbus poll显示响应成功，存储区已成功修改期望的值。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
可见，已成功修改。
其他功能码测试过程类似，不再赘述。