STM32CubeMX | Modbus RTU 主机协议栈实现

只看该作者 · 2024-1-31 22:52

国产单片机、FreeModbus无缝使用前言
~~~~~~~~ modbus rtu在嵌入式方面非常的常见和使用，嵌入式linux中可以使用libmodbus这个库，但是对于嵌入式单片机，开源的有FreeModbus这个库，但是只是从机，对于modbus rtu主机的实现，网上却找不到开源的库，或者找到了但是不方便移植，使用者想要去使用还要去搞明白是怎么实现的，本博客基于以上原因，实现了一套modbus rtu主机协议栈。

本主机协议栈优点如下：

接口明确清晰，使用者无需关心协议栈内部实现
面向对象编程思想，使用C语言的struct作为一个modbus rtu主机的控制接口，此方法的好处是可以灵活的实现多个主机，例如：实现一个多主机的modbus pdu。
支持RTOS
可搭配FreeModbus协议栈无缝使用
移植简单、可很方便的移植到其他单片机如GD32、MM32等
源码简单、只有一个头文件、一个源文件、一个移植接口示例文件

只看该作者 · 2024-1-31 22:53

协议栈API介绍
2.1 控制结构
typedef struct
{
//
// 收发数据缓存
//
uint8_t ucBuf[128];

//
// 收发数据状态
//
uint16_t usStatus;

//
// 如果使用了RTOS需要进行互斥,那么需要实现以下两个函数的绑定
//
void (*lock)(void);
void (*unlock)(void);

//
// 微秒延时函数,用于等待超时
//
void (*delayms)(uint32_t nms);

//
// 定时器启动和停止函数
//
void (*timerStop)(void);
void (*timerStart)(void);

//
// 发送数据函数,可以是串口、TCP等
//
uint32_t (*sendData)(const void* buf, uint32_t len);

}MBRTUMaterTypeDef;

只看该作者 · 2024-1-31 22:53

2.2 主机读线圈状态（CMD1）
/**
* 主机读取线圈状态
* @param  ucSlaveAddress 从机地址
* @param  usAddress    要读取的线圈起始地址
* @param  usNum       要读取的线圈数量
* @param  usTimeout    超时时间,单位毫秒
* @param  pucCoilsBuffer 存储读取到的线圈状态，一个字节代表一个线圈状态，值范围：0/1
* @return             0:成功  <0:执行失败
*/
int MBRTUMasterReadCoils(MBRTUMaterTypeDef* psModbus, uint8_t ucSlaveAddress, uint16_t usAddress, uint16_t usNum, uint16_t usTimeout, uint8_t* pucCoilsBuffer)

只看该作者 · 2024-1-31 22:53

2.2 主机读离散量输入（CMD2）

/**
* 主机读取离散量输入
* @param  ucSlaveAddress 从机地址
* @param  usAddress    要读取的离散量起始地址
* @param  usNum       要读取的离散量数量
* @param  usTimeout    超时时间,单位毫秒
* @param  pucDiscBuffer  存储读取到的离散量输入状态，一个字节代表一个离散量的状态，值范围：0/1
* @return             0:成功  <0:执行失败
*/
int MBRTUMasterReadDiscreteInputs(MBRTUMaterTypeDef* psModbus, uint8_t ucSlaveAddress, uint16_t usAddress, uint16_t usNum, uint16_t usTimeout, uint8_t* pucDiscBuffer)

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2.2 主机读保持寄存器（CMD3）

/**
* 主机读取保持寄存器
* @param  ucSlaveAddress 从机地址
* @param  usAddress    要读取的保持寄存器起始地址
* @param  usNum       要读取的保持寄存器数量
* @param  usTimeout    超时时间,单位毫秒
* @param  pusRegBuffer 存储读取到的寄存器值
* @return             0:成功  <0:执行失败
*/
int MBRTUMasterReadHoldingRegisters(MBRTUMaterTypeDef* psModbus, uint8_t ucSlaveAddress, uint16_t usAddress, uint16_t usNum, uint16_t usTimeout, uint16_t* pusRegBuffer)

只看该作者 · 2024-1-31 22:53

2.2 主机读输入寄存器（CMD4）

/**
* 主机读取输入寄存器
* @param  ucSlaveAddress 从机地址
* @param  usAddress    要读取的输入寄存器起始地址
* @param  usNum       要读取的输入寄存器数量
* @param  usTimeout    超时时间,单位毫秒
* @param  pusRegBuffer 存储读取到的寄存器值
* @return             0:成功  <0:执行失败
*/
int MBRTUMasterReadInputRegisters(MBRTUMaterTypeDef* psModbus, uint8_t ucSlaveAddress, uint16_t usAddress, uint16_t usNum, uint16_t usTimeout, uint16_t* pusRegBuffer)

只看该作者 · 2024-1-31 22:54

2.2 主机写单个线圈（CMD5）

只看该作者 · 2024-1-31 22:54

2.2 主机写单个寄存器（CMD6）

只看该作者 · 2024-1-31 22:54

2.2 主机写多个线圈（CMD15）

只看该作者 · 2024-1-31 22:54

2.2 主机写多个寄存器（CMD16）

只看该作者 · 2024-1-31 22:54

3、移植前的基础工程生成
基础工程这里我使用STM32CubeMX生成，使用的是STM32F103C8单片机，配置步骤如下，首先将时钟配置到72M：

只看该作者 · 2024-1-31 22:55

配置串口1用于调试打印，配置串口3用于modbus主机通信：

只看该作者 · 2024-1-31 22:55

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配置用于检测3.5个字符超时时间的定时器，我配置成了5ms超时。

这里需要跟你实际使用的波特率进行超时时间的计算，以：波特率9600、8bit数据位、1bit停止位，奇校验、无流控为例，那么1s内就可以传输9600bits÷(8+1+1)=960bytes，那么3.5个字节的时间就是1000ms÷960×3.5≈3.65ms，所以，我设置5ms的超时时间是没有问题的。

只看该作者 · 2024-1-31 22:55

只看该作者 · 2024-1-31 22:55

开启定时器和串口中断，注意：串口的中断要比定时器中断等级高：

只看该作者 · 2024-1-31 22:56

最后输出工程就可以了：

只看该作者 · 2024-1-31 22:56

只看该作者 · 2024-1-31 22:56

4、移植主机协议栈
主机协议栈源码就只有三个文件：

只看该作者 · 2024-1-31 22:56

其中，mbrtu_master.h和mbrtu_master.c是协议栈实现，无需动，mbrtu_master_example.c是移植参考示例。

下面讲解一下移植过程。