准备做一个Freemodbus移植到PSoC4上，想盖个楼

只看该作者 · 2015-4-20 14:15

先来介绍下Freemodbus:
FreeMODBUS一个奥地利人写的Modbus协议。它是一个针对嵌入式应用的一个免费（自由）的通用MODBUS协议的移植。Modbus是一个工业制造环境中应用的一个通用协议。Modbus通信协议栈包括两层：Modbus应用层协议，该层定义了数据模式和功能；另外一层是网络层。

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FreeMODBUS 提供了RTU/ASCII 传输模式及TCP协议支持。FreeModbus遵循BSD许可证，这意味着用户可以将FreeModbus应用于商业环境中。版本FreeModbus-V1.5提供如下的功能支持：

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功能

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另一部分

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FreeModbus对硬件的需求
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FreeModbus协议对硬件的需求非常少——基本上任何具有串行接口，并且有一些能够容纳modbus数据帧的RAM的微控制器都足够了。
u 一个异步串行接口，能够支持接收缓冲区满和发送缓存区空中断。
u 一个能够产生RTU传输所需要的t3.5字符超时定时器的时钟。
对于软件部分，仅仅需要一个简单的事件队列。在使用操作系统的处理器上，可通过单独定义一个任务完成Modbus时间的查询。小点的微控制器往往不允许使用操作系统，在那种情况下，可以使用一个全局变量来实现该事件队列(Atmel AVR 移植使用这种方式实现)。
实际的存储器需求决定于所使用的Modbus模块的多少。下表列出了所支持的功能编译后所需要的存储器。ARM是使用GNUARM编译器3.4.4使用-O1选项得到的。AVR项数值是使用WinAVR编译器3.4.5使用-Os选项编译得到的。

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再来

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FreeModbus的移植
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1、物理层接口文件的修改
在物理层，用户只需完成串行口及超时定时器的配置即可。具体应修改接口文件portserial.c及porttimer.c。
u portserial.c中函数的修改：
1) void vMBPortSerialEnable( BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable )
此函数的功能为设置串口状态。有两个参数：xRxEnable及xTxEnable。当xRxEnable为真时，应使能串口接收及接收中断。在RS485通讯系统中，还要注意将RS485接口芯片设为接收使能状态；当xTxEnable为真时，应使能串口发送及发送中断。在RS485通讯系统中，还要注意将RS485接口芯片设为发送使能状态。

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2) void vMBPortClose( void )
此函数的功能是关闭Modbus通讯端口，具体的，应在此函数中关闭通讯端口的发送使能及接收使能。
3) BOOL xMBPortSerialInit(UCHAR ucPORT, ULONG ulBaudRate, UCHAR ucDataBits, eMBParity eParity)
此函数的功能是初始化串行通讯端口。有四个参数：ucPORT、ulBaudRate、ucDataBits及eParity。参数ucPORT可以忽略；参数ulBaudRate是通讯端口的波特率，应根据此数值设置所使用硬件端口的波特率；参数ucDataBits为通讯时所使用的数据位宽，注意，若使用RTU模式，则有ucDataBits=8，若使用ASCII模式，则有ucDataBits=7，应根据此参数设置所使用硬件端口的数据位宽；eParity为校验方式，eParity=MB_PAR_NONE为无校验，此时硬件端口应设置为无校验方式及两个停止位，eParity=MB_PAR_ODD为奇校验，此时硬件端口应设置为奇校验方式及一个停止位，eParity= MB_PAR_EVEN为偶校验，此时硬件端口应设置为偶校验方式及一个停止位。函数返回值务必为TRUE。
4) BOOL xMBPortSerialPutByte(CHAR ucByte)
此函数的功能为通讯端口发送一字节数据。参数为：ucByte，待发送的数据。应在此函数中编写发送一字节数据的函数。注意，由于使用的是中断发送，故只需将数据放到发送寄存器即可。函数返回值务必为TRUE。

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5) BOOL xMBPortSerialGetByte( CHAR * pucByte )
此函数的功能为通讯端口接收一字节数据。参数为：* pucByte，接收到的数据。应在此函数中编写接收的函数。注意，由于使用的是中断接收，故只需将接收寄存器的值放到* pucByte即可。函数返回值务必为TRUE。
6) void prvvUARTTxReadyISR(void)
发送中断函数。此函数无需修改。只需在用户的发送中断函数中调用此函数即可，同时，用户应在调用此函数后，清除发送中断标志位。

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7) void prvvUARTRxISR(void)
发送中断函数。此函数无需修改。只需在用户的接收中断函数中调用此函数即可，同时，用户应在调用此函数后，清除接收中断标志位。
u porttimer.c中函数的修改：
1) BOOL xMBPortTimersInit( USHORT usTim1Timerout50us )
此函数的功能为初始化超时定时器。参数为：usTim1Timerout50us，50us的个数。用户应根据所使用的硬件初始化超时定时器，使之能产生中断时间为usTim1Timerout50us*50us的中断。函数返回值务必为TRUE。
2) void vMBPortTimersEnable( )
此函数的功能为使能超时定时器。用户需在此函数中清除中断标志位、清零定时器计数值，并重新使能定时器中断。

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3) void vMBPortTimersDisable( )
此函数的功能为关闭超时定时器。用户需在此函数中清零定时器计数值，并关闭定时器中断。
4) void TIMERExpiredISR( void )
定时器中断函数。此函数无需修改。只需在用户的定时器中断中调用此函数即可，同时，用户应在调用此函数后清除中断标志位。

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2、应用层回函数的修改
在应用层，用户需要定义所需要使用的寄存器，并修改对应的回函数。回函数有如下几个：
1) eMBErrorCode eMBRegInputCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs )
输入寄存器回函数。* pucRegBuffer为要添加到协议中的数据，usAddress为输入寄存器地址，usNRegs为要读取寄存器的个数。用户应根据要访问的寄存器地址usAddress将相应输入寄存器的值按顺序添加到pucRegBuffer中。
2) eMBErrorCode eMBRegHoldingCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs, eMBRegisterMode eMode )
保持寄存器回函数。* pucRegBuffer为要协议中的数据，usAddress为输入寄存器地址，usNRegs为访问寄存器的个数，eMode为访问类型（MB_REG_READ为读保持寄存器，MB_REG_WRITE为写保持寄存器）。用户应根据要访问的寄存器地址usAddress将相应输入寄存器的值按顺序添加到pucRegBuffer中，或将协议中的数据根据要访问的寄存器地址usAddress放到相应保持寄存器中。

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3) eMBErrorCode eMBRegCoilsCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNCoils, eMBRegisterMode eMode )
读写线圈回函数。* pucRegBuffer为要添加到协议中的数据，usAddress为线圈地址，usNCoils为要访问线圈的个数，eMode为访问类型（MB_REG_READ为读线圈状态，MB_REG_WRITE为写线圈）。用户应根据要访问的线圈地址usAddress将相应线圈的值按顺序添加到pucRegBuffer中，或将协议中的数据根据要访问的线圈地址usAddress放到相应线圈中。
4) eMBErrorCode eMBRegDiscreteCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNDiscrete )
读离散线圈回函数。* pucRegBuffer为要添加到协议中的数据，usAddress为线圈地址，usNDiscrete为要访问线圈的个数。用户应根据要访问的线圈地址usAddress将相应线圈的值按顺序添加到pucRegBuffer中。

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3、应用层初始化及协议访问
用户只需在主函数中调用协议初始化代码，及消息处理函数即可。需用户调用的函数有如下几个：
1) eMBErrorCode eMBInit( eMBMode eMode, UCHAR ucSlaveAddress, UCHAR ucPort, ULONG ulBaudRate, eMBParity eParity )
协议初始化函数。eMode为所要使用的模式，用户可选MB_RTU（RTU模式）、MB_ASCII（ASCII模式）或MB_TCP（TCP模式）；ucSlaveAddress为从机地址，用户根据需要，取值为1~247（0为广播地址，248~255协议保留）；ulBaudRate为通信波特率，用户根据需要选用，但务必使主机能支持此波特率；eParity为校验方式，用户根据需要选用，但务必使主机能支持此校验方式。

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2) eMBErrorCode eMBSetSlaveID( UCHAR ucSlaveID, BOOL xIsRunning, UCHAR const *pucAdditional, USHORT usAdditionalLen )
从机ID设置函数。注意，ID表示的是设备的类型，不同于ucSlaveAddress（从机地址）。对同一通讯系统中，可以有相同的ucSlaveID，但不可以有相同的ucSlaveAddress。ucSlaveID为一字节的设备ID号；xIsRunning为设备的运行状态，0xFF为运行，0x00为停止；* pucAdditional为设备的附加描述，根据需要添加；usAdditionalLen为附加描述的长度（按字节计算）。此函数不是必须调用的。但当一个Modbus通讯系统中有不同种设备时，应调用此函数添加对应设备的描述。

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3) eMBErrorCode eMBPoll( void )
轮询事件查询处理函数。用户需在主循环中调用此函数。对于使用操作系统的程序，应单独创建一个任务，使操作系统能周期调用此函数。

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FreeModbus初始化及运行流程
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FreeModbus是基于消息队列的协议。协议通过检测相应的消息来完成对应功能。协议栈的初始化及运行流程如下：
1) 首先调用eMBErrorCode eMBInit( eMBMode eMode, UCHAR ucSlaveAddress, UCHAR ucPort, ULONG ulBaudRate, eMBParity eParity )完成物理层设备的初始化，主要包括：
BOOL xMBPortSerialInit( UCHAR ucPORT, ULONG ulBaudRate, UCHAR ucDataBits, eMBParity eParity )串口初始化，设定波特率、数据位数、校验方式；BOOL xMBPortTimersInit( USHORT usTim1Timerout50us )定时器初始化，设定T35定时所需要的定时器常数。

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2) 调用（此处非必需）eMBErrorCode eMBSetSlaveID( UCHAR ucSlaveID, BOOL xIsRunning,UCHAR const *pucAdditional, USHORT usAdditionalLen )指定设备ID。
3) 调用eMBErrorCode eMBEnable(void)使能协议栈，主要包括：static pvMBFrameStart pvMBFrameStartCur（函数指针）协议栈开始，将eRcvState设为STATE_RX_INIT状态，调用void vMBPortSerialEnable( BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable )使能接收，调用void vMBPortTimersEnable( )使能超时定时器。
4) 在3中使能了超时定时器，故经过T35时间后，发生第一次超时中断，在中断中，向协议栈发送消息EV_READY（Startup finished），并调用void vMBPortTimersDisable( )关闭超时定时器，同时将eRcvState设为STATE_RX_IDLE。此时，协议栈可以接收串口数据。注意，此处首先启用一次超时定时器是因为初始化完成时，串口有可能已经有数据，因为无法判断第一个数据是请求的开始，故等待T35，接收下一帧请求。

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5) 此时，主函数调用eMBErrorCode eMBPoll( void )检测事件。
6) 若发生串口接收中断，且eRcvState为STATE_RX_IDLE（4中已将eRcvState设为STATE_RX_IDLE），则向接收缓存中存入接收到的字符，同时将eRcvState设为STATE_RX_RCV状态，并清零超时定时器。在下一个数据来到时，不断将数据存入接收缓存，并清零超时定时器。
7) 如果没有接收完成，则不可能发生超时中断。发生超时中断，说明T35时间内未收到新的串口数据，根据Modbus协议的规定，这指示着一帧请求数据接收完成。在中断中，向协议栈发送消息EV_FRAME_RECEIVED（Frame received），等待协议栈处理此消息。

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8) 主函数调用eMBErrorCode eMBPoll( void )检测到事件EV_FRAME_RECEIVED后，调用static peMBFrameReceive peMBFrameReceiveCur简单判断请求帧数据，并向协议栈发送消息EV_EXECUTE（Execute function）。
9) 主函数调用eMBErrorCode eMBPoll( void )检测到事件EV_EXECUTE后，根据相应的请求代码查找处理该功能的函数指针来处理该功能。若不是广播消息，则调用static peMBFrameSend peMBFrameSendCur发送回复消息，在此函数中，只把要回复的数据复制到了串口缓存中，同时将eSndState设为STATE_TX_XMIT（Transmitter is in transfer state），并通过调用void vMBPortSerialEnable( BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable )使能发送中断。注意，发送中断使能后，由于串口发送寄存器本来就是空的，故在使能后将进入发送中断中。
10) 发送中断中，且eSndState为STATE_TX_XMIT（9中已将eSndState设为STATE_TX_XMIT），则将串口缓存中的数据发送出去，同时不断对发送字符个数统计，当发送完成后，向协议栈发送消息EV_FRAME_SENT（Frame sent）。
11) 主函数调用eMBErrorCode eMBPoll( void )检测到事件EV_FRAME_SENT后，不处理此消息。
12) 当串口接收到数据后，协议栈将重复6-11处理消息。