11.3libmodbus情景分析

以“modbus_write_bits”函數為例，分析下圖的執行流程：

11.3.1

初始化

1. 主設備初始化

主設備程序先調用“modbus_new_rtu”函數，僅僅是分配一個modbus結構體，在里面記錄要使用的串口設備、參數：

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

再調用“modbus_set_slave”，是設置“要訪問哪個從設備”。每當訪問不同地址的設備之前，都應該調用這個函數。

最后調用“modbus_connect”函數，這個函數只是打開串口、設置串口參數，并沒有跟從設備進行數據交互。

2. 從設備初始化

從設備的初始化，跟主設備類似，不過多了使用“modbus_mapping_new_start_address”函數創建寄存器 buffer。

modbus_mapping_t結構體如下定義：

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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;

它被用來描述DI、DO、AI、AO四類寄存器。以DO寄存器為例，這個結構體里有3個成員：

①nb_bits：DO寄存器個數。

②start_bits：DO寄存器起始寄存器地址。

③tab_bits：指向一個“uint8_t”類型的數組，里面每個數組項表示一個DO寄存器，這個數組大小為nb_bits。數組中第0項，對應第“start_bits”個DO寄存器。

“modbus_mapping_new_start_address”函數原型

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);

假設從設備執行了如下代碼：

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

將會分配出如下結構體：

modbus傳輸的本質，就是讀寫上圖中4個數組。

11.3.2

主設備發送請求

主設備調用“modbus_write_bits”函數，想寫若干個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);

根據Modbus RTU協議，它必定執行如下操作：

①構造數據包

②通過串口發送數據包

③等待、讀取回復

對于上述代碼，數據包的內容如下：

1. 先構造包頭

函數調用關系如下：

2. 再構造數據

代碼如下：

3. 計算檢驗碼

在發送數據包的函數里，先計算檢驗碼，代碼如下：

4. 發送數據包

前面構造好了數據包，發送就比較簡單：調用write函數進行發送即可。代碼如下：

11.3.3

從設備接收請求

從設備的程序一直在等待主機發來的消息，示例代碼如下：

“modbus_receive”函數內部實現為：

①使用select機制，逐個讀取字符

②根據讀到的字符，分辨還需要讀多少數據

1. 讀取單個字符

函數調用關系如下：

2. 判斷還需要讀取多少數據

從設備讀取主設備發來的請求包時，步驟為：

①先讀取“功能碼”

②再根據功能碼判斷后續要的包頭數據還剩多少，讀取包頭

③最后根據包頭數據解析要讀多少數據，讀取數據。

流程如下圖所示：

確定第1個階段數據長度的代碼如下：

讀到功能碼后，根據功能碼計算剩下的包頭的數據：

讀到完整的包頭后，計算剩下的數據長度：

3. 判斷數據完整性

就是根據校驗碼判斷數據是否有錯誤，代碼如下：

11.3.4

從設備回應

從設備接收到請求后，調用如下函數進行處理、回應：

在“modbus_reply”函數內部，它會：

①對于寫請求：把請求包中的數據解析出入，填入 mb_mapping中對應的寄存器buffer；

②對于讀請求：從mb_mapping中對應的寄存器buffer取出數據；

③構造回復包，發送給主設備。

本情景分析中，主設備調用“modbus_write_bits”函數，想寫兩個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);

從設備使用“modbus_reply”函數處理。

1. 根據請求包設置寄存器buffer

代碼如下：

2. 構造回復包

對于“寫多個DO寄存器”的請求，它的回復包格式如下：

下面的代碼，構造的回復包里含有上圖1、2的信息（在發送回復包時才構造校驗碼）：

3. 發送回復包

最后，從設備發送回復包：