README.md · zx2591/freemodbus

# Freemodbus
## 简介

这是 armink 大神移植的 Freemodbus 协议栈。同时支持主机和从机的功能。

FreeModbus 是一款开源的 Modbus 协议栈，但是只有从机开源，主机源码是需要**收费**的。同时网上也没有发现比较好的开源的 Modbus 主机协议栈，所以才开发这款支持主机模式的 FreeModbus 协议栈。本版 FreeModbus版本号更改为V1.6，特性如下：

- 新增加的主机源码与原有从机的风格及接口保持一致；
- 支持主机与从机在同一协议栈运行；
- 支持实时操作系统及裸机移植；
- 为应用提供多种请求模式，用户可以选择阻塞还是非阻塞模式，自定义超时时间等，方便应用层灵活调用；
- 支持所有常用的Modbus方法。

### 文件结构

| 源文件                                        | 描述                                             |
| --------------------------------------------- | ------------------------------------------------ |
| FreeModbus\modbus\mb.c                        | 给应用层提供Modbus从机设置及轮询相关接口         |
| FreeModbus\modbus\mb_m.c                      | 给应用层提供Modbus主机设置及轮询相关接口         |
| FreeModbus\modbus\ascii\mbascii.c             | ASCII模式设置及其状态机                          |
| FreeModbus\modbus\functions\mbfunccoils.c     | 从机线圈相关功能                                 |
| FreeModbus\modbus\functions\mbfunccoils_m.c   | 主机线圈相关功能                                 |
| FreeModbus\modbus\functions\mbfuncdisc.c      | 从机离散输入相关功能                             |
| FreeModbus\modbus\functions\mbfuncdisc_m.c    | 主机离散输入相关功能                             |
| FreeModbus\modbus\functions\mbfuncholding.c   | 从机保持寄存器相关功能                           |
| FreeModbus\modbus\functions\mbfuncholding_m.c | 主机保持寄存器相关功能                           |
| FreeModbus\modbus\functions\mbfuncinput.c     | 从机输入寄存器相关功能                           |
| FreeModbus\modbus\functions\mbfuncinput_m.c   | 主机输入寄存器相关功能                           |
| FreeModbus\modbus\functions\mbfuncother.c     | 其余Modbus功能                                   |
| FreeModbus\modbus\functions\mbutils.c         | 一些协议栈中需要用到的小工具                     |
| FreeModbus\modbus\rtu\mbcrc.c                 | CRC校验功能                                      |
| FreeModbus\modbus\rtu\mbrtu.c                 | 从机RTU模式设置及其状态机                        |
| FreeModbus\modbus\rtu\mbrtu_m.c               | 主机RTU模式设置及其状态机                        |
| FreeModbus\modbus\tcp\mbtcp.c                 | TCP模式设置及其状态机                            |
| FreeModbus\port\port.c                        | 实现硬件移植部分接口                             |
| FreeModbus\port\portevent.c                   | 实现从机事件移植接口                             |
| FreeModbus\port\portevent_m.c                 | 实现主机事件及错误处理移植接口                   |
| FreeModbus\port\portserial.c                  | 从机串口移植                                     |
| FreeModbus\port\portserial_m.c                | 主机串口移植                                     |
| FreeModbus\port\porttimer.c                   | 从机定时器移植                                   |
| FreeModbus\port\porttimer_m.c                 | 主机定时器移植                                   |
| FreeModbus\port\user_mb_app.c                 | 定义从机数据缓冲区，实现从机Modbus功能的回调接口 |
| FreeModbus\port\user_mb_app_m.c               | 定义主机数据缓冲区，实现主机Modbus功能的回调接口 |
| FreeModbus\samples\sample_mb_master.c         | 主机使用示例代码                                 |
| FreeModbus\samples\sample_mb_slave.c          | 从机使用示例代码                                 |
| FreeModbus\samples\README.md                  | 示例代码说明文档                                 |

> 注：所有带_m后缀的文件为主机模式下必须使用的文件，如使用从机模式则无需这些文件。

### 许可证

Freemodbus 软件包遵循 BSD 许可，详见 `LICENSE` 文件。

### 依赖

- RT_Thread UART 设备

## 获取方式

使用 Freemodbus  软件包 需要在 RT-Thread 的包管理器中选择它，具体路径如下：

```
RT-Thread online packages
    IoT - internet of things --->
        [*] FreeModbus: Modbus master and slave stack  --->
             [*]   Master mode  --->
             [*]   Slave mode  --->
```

最后让 RT-Thread 的包管理器自动更新，或者使用 `pkgs --update` 命令更新包到 BSP 中。

## 使用方法

### 数据缓冲区

数据缓冲区定义的位置位于 `FreeModbus\port\user_mb_app_m.c` 文件顶部，共计 **4种** 数据类型。 FreeModbus从机默认使用 **一维数组** 作为缓存区数据结构，主机可以存储所有网内从机的数据，所以主机采用 **二维数组** 对所有从机节点数据进行存储。二维数组的列号代表寄存器、线圈及离散量地址，行号代表从机节点ID，但需要做减一处理，例如`usMRegHoldBuf[2][1]`代表从机ID为 3，保持寄存器地址为 1 的从机数据。

### Modbus 数据处理回调接口

Modbus 一共有4种不同的数据类型，所有的 Modbus 功能都围绕这些数据类型进行操作。由于不同的用户数据缓冲区结构可能有所不同，那么对应的 Modbus 数据处理方式也就存在差异，所以用户需要把每种数据类型对应的操作，按照自己的数据缓冲区结构进行定制实现。 所有的 Modbus 数据处理回调接口如下：

| 接口                   | 功能描述           |
| ---------------------- | ------------------ |
| eMBMasterRegInputCB    | 输入寄存器回调接口 |
| eMBMasterRegHoldingCB  | 保持寄存器回调接口 |
| eMBMasterRegCoilsCB    | 线圈回调接口       |
| eMBMasterRegDiscreteCB | 离散输入回调接口   |

> 对于数组形式的数据缓冲区结构，源码中已经做好了移植，直接使用即可。

### 初始化配置流程

本协议栈所有配置参数都位于`FreeModbus\modbus\include\mbconfig.h`，目前协议栈支持主机及从机两种模式，并且支持**两种模式同时开启**。从机支持Modbus RTU 、Modbus ASCII 及Modbus TCP 3种模式，主机现在只支持常用的**Modbus RTU**模式。在使用主机的过程中，用户需要对广播的转换延时时间、命令响应超时时间及从机数量做以配置。需要注意的是，目前协议栈只支持**从机地址连续**，并且起始地址**从1开始**。

### 正常使用流程

1. 调用`eMBMasterInit`方法初始化Modbus主机协议栈，主机涉及到的一些硬件就在这个时候做了初始化
2. 调用`eMBMasterEnable`方法启动Modbus主机
3. 通过在线程或者定时器轮询调用`eMBMasterPoll`方法，轮询周期决定了命令的响应时间。
4. 调用主机请求API方法，设定一定的请求超时时间，直到方法有结果后才会返回。如果方法执行成功并且命令是读命令，可以通过查看Modbus主机的数据缓冲区，获取最新从机数据。

> 具体的使用方法，可以参考 `/samples` 目录下的示例代码。调试 Modbus 的主从机程序可以在 PC 上使用 Modbus Poll 和 Modbus slave 软件配合调试。

### 异常处理流程

异常处理主要出现在主机正常使用过程中，所有的主机请求API的错误码都在第三章开头已经做以描述，针对的这些错误码，用户需要根据自己的产品特征去完成不同的动作。建议用户自己封装实现主机请求方法的重发机制，这样实现方式比较灵活，一般是在接收到帧数据出错及命令响应超时的错误码时需要重发，重发次数自动加一，如果重发次数超过设定值则认为从机掉线，以后所有只要是发给这个从机命令都被提前拦截掉；如果第二次重发命令响应成功，则**自动清零**该从机重发次数。 上述所有功能可以利用主机请求方法或者使用`FreeModbus\port\portevent_m.c`中的回调接口来实现，用户可以根据自己的需求灵活选择。

## API 详解

Modbus 主机使用过程中与从机有很大不同，从机是需要被动等待主机请求，而主机则是主动发出请求，并接收处理从机响应。在主机发送广播请求的时候，从机不需要返回响应，所以广播请求适合主机的写从机数据命令，不适合读从机数据命令。 主机请求API中的所有方法的返回值格式都相同，返回值意义如下。

| 返回值             | 描述                                         |
| ------------------ | -------------------------------------------- |
| MB_MRE_NO_ERR      | 正常，没错误                                 |
| MB_MRE_NO_REG      | 寄存器、线圈或离散输入地址出错               |
| MB_MRE_ILL_ARG     | 入参格式有误                                 |
| MB_MRE_REV_DATA    | 接收数据出错                                 |
| MB_MRE_TIMEDOUT    | 响应超时。主机在设定的时间内未收到从机响应。 |
| MB_MRE_MASTER_BUSY | 主机忙。在设定的时间内，请求没有被发送。     |
| MB_MRE_EXE_FUN     | 主机收到响应后，执行Modbus方法（功能）出错。 |

> 所有的主机请求方法都是 **线程安全** 的也是 **阻塞模式** 的。在使用过程中，只要在设定的超时时间内没有得到主机资源，就会返回主机忙；如果在设定的超时时间内得到主机资源，那么必须等待得到请求结果后才会返回。

### 写单个保持寄存器

往从机某个保持寄存器中写入数据

```
eMBMasterReqErrCode eMBMasterReqWriteHoldingRegister( UCHAR ucSndAddr, 
                                                      USHORT usRegAddr,
                                                      USHORT usRegData,
                                                      LONG lTimeOut );
```

| 参数      | 描述                                                         |
| --------- | ------------------------------------------------------------ |
| ucSndAddr | 请求的从机地址，0代表广播。                                  |
| usRegAddr | 写寄存器的地址                                               |
| usRegData | 写寄存器的数据                                               |
| lTimeOut  | 请求超时时间。支持永久等待，使用操作系统的永久等待参数即可。 |

### 写多个保持寄存器

往从机多个保持寄存器中写入数据。

```
eMBMasterReqErrCode eMBMasterReqWriteMultipleHoldingRegister( UCHAR ucSndAddr,
                                                              USHORT usRegAddr,
                                                              USHORT usNRegs, 
                                                              USHORT * pusDataBuffer,
                                                              LONG lTimeOut )
```

| 参数          | 描述                                                         |
| ------------- | ------------------------------------------------------------ |
| ucSndAddr     | 请求的从机地址，0代表广播。                                  |
| usRegAddr     | 写寄存器的起始地址                                           |
| usNRegs       | 写寄存器的总数                                               |
| pusDataBuffer | 写寄存器的数据                                               |
| lTimeOut      | 请求超时时间。支持永久等待，使用操作系统的永久等待参数即可。 |

### 读多个保持寄存器

读取多个保持寄存器中的数据

```
eMBMasterReqErrCode eMBMasterReqReadHoldingRegister( UCHAR ucSndAddr, 
                                                     USHORT usRegAddr,
                                                     USHORT usNRegs,
                                                     LONG lTimeOut );
```

| 参数      | 描述                                                         |
| --------- | ------------------------------------------------------------ |
| ucSndAddr | 请求的从机地址，0代表广播。                                  |
| usRegAddr | 读寄存器的地址                                               |
| usRegData | 读寄存器的数量                                               |
| lTimeOut  | 请求超时时间。支持永久等待，使用操作系统的永久等待参数即可。 |

### 读写多个保持寄存器

先读多个寄存器，然后再写多个寄存器。

```
eMBMasterReqErrCode eMBMasterReqReadWriteMultipleHoldingRegister( UCHAR ucSndAddr,
                                                                  USHORT usReadRegAddr,
                                                                  USHORT usNReadRegs,
                                                                  USHORT * pusDataBuffer,
                                                                  USHORT usWriteRegAddr,
                                                                  USHORT usNWriteRegs,
                                                                  LONG lTimeOut )
```

| 参数           | 描述                                                         |
| -------------- | ------------------------------------------------------------ |
| ucSndAddr      | 请求的从机地址，0代表广播。                                  |
| usReadRegAddr  | 读寄存器的地址                                               |
| usNReadRegs    | 读寄存器的数量                                               |
| pusDataBuffer  | 写寄存器的数据                                               |
| usWriteRegAddr | 写寄存器的地址                                               |
| usNWriteRegs   | 写寄存器的数量                                               |
| lTimeOut       | 请求超时时间。支持永久等待，使用操作系统的永久等待参数即可。 |

### 读多个输入寄存器

读取多个输入寄存器中的数据

```
eMBMasterReqErrCode eMBMasterReqReadInputRegister( UCHAR ucSndAddr, 
                                                   USHORT usRegAddr,
                                                   USHORT usNRegs,
                                                   LONG lTimeOut );
```

### 写单个线圈

往从机某个线圈中写入数据

```
eMBMasterReqErrCode eMBMasterReqWriteCoil( UCHAR ucSndAddr,
                                           USHORT usCoilAddr,
                                           USHORT usCoilData,
                                           LONG lTimeOut )
```

| 参数       | 描述                                                         |
| ---------- | ------------------------------------------------------------ |
| ucSndAddr  | 请求的从机地址，0代表广播。                                  |
| usCoilAddr | 写线圈的地址                                                 |
| usCoilData | 写线圈的数量                                                 |
| lTimeOut   | 请求超时时间。支持永久等待，使用操作系统的永久等待参数即可。 |

### 写多个线圈

往从机多个线圈中写入数据。

```
eMBMasterReqErrCode eMBMasterReqWriteMultipleCoils( UCHAR ucSndAddr,
                                                    USHORT usCoilAddr,
                                                    USHORT usNCoils,
                                                    UCHAR * pucDataBuffer,
                                                    LONG lTimeOut)
```

| 参数          | 描述                                                         |
| ------------- | ------------------------------------------------------------ |
| ucSndAddr     | 请求的从机地址，0代表广播。                                  |
| usCoilAddr    | 写线圈的起始地址                                             |
| usNCoils      | 写线圈的总数                                                 |
| pucDataBuffer | 写线圈的数据                                                 |
| lTimeOut      | 请求超时时间。支持永久等待，使用操作系统的永久等待参数即可。 |

### 读多个线圈

读取多个线圈中的数据

```
eMBMasterReqErrCode eMBMasterReqReadCoils( UCHAR ucSndAddr,
                                           USHORT usCoilAddr,
                                           USHORT usNCoils ,
                                           LONG lTimeOut )
```

| 参数       | 描述                                                         |
| ---------- | ------------------------------------------------------------ |
| ucSndAddr  | 请求的从机地址，0代表广播。                                  |
| usCoilAddr | 读线圈的地址                                                 |
| usNCoils   | 读线圈的数量                                                 |
| lTimeOut   | 请求超时时间。支持永久等待，使用操作系统的永久等待参数即可。 |

### 读多个离散输入

读取多个离散输入中的数据

```
eMBMasterReqErrCode eMBMasterReqReadDiscreteInputs( UCHAR ucSndAddr,
                                                    USHORT usDiscreteAddr,
                                                    USHORT usNDiscreteIn,
                                                    LONG lTimeOut )
```

| 参数           | 描述                                                         |
| -------------- | ------------------------------------------------------------ |
| ucSndAddr      | 请求的从机地址，0代表广播。                                  |
| usDiscreteAddr | 读离散输入的地址                                             |
| usNDiscreteIn  | 读离散输入的数量                                             |
| lTimeOut       | 请求超时时间。支持永久等待，使用操作系统的永久等待参数即可。 |

## 注意事项

- 从机支持Modbus RTU 、Modbus ASCII 及Modbus TCP 3种模式，主机现在只支持常用的**Modbus RTU**模式。
- 目前协议栈只支持**从机地址连续**，并且起始地址**从1开始**。

## 联系方式

- 维护：RT-Thread 开发团队及社区开发者
- 主页：<https://github.com/RT-Thread-packages/freemodbus>

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