Modbus通讯开发随记1——LibModbus库的学习

本文对工业控制领域Modbus通讯的开源库（LibModbus）进行了简单且必要的熟悉，罗列了该库中软件开发最常用的API，后续将进一步进行基于Libmodbus的简易demo测试与分析，尝试将Libmodbus基础功能进行简易的C++面向对象封装，最终应用到定制化客户端软件中

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ZW_finder

1724人浏览 · 2024-03-02 23:56:15

ZW_finder · 2024-03-02 23:56:15 发布

@TO C

Modbus通讯开发随记1——LibModbus库的学习

1.Modbus简介

Modbus是一种串行通信协议，由Modicon公司（现在的施耐德电气 Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）而发表。Modbus已经成为工业领域通信协议的业界标准（De facto），并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。

定义：Modbus是一个主从架构的协议。一个节点作为主节点，其他参与通信的节点是从节点。
通讯方式和版本：Modbus协议目前存在用于串口、以太网以及其他支持互联网协议的网络的版本。串行连接存在两个变种，Modbus ASCII 模式和Modbus RTU 模式。它们在数值数据表示和协议细节上略有不同。

2.libmodbus简介

libmodbus是目前Modbus设备开发最流行的开源库，它提供RTU（串口）与TCP（Ethernet以太网）支持，可在Linux、FreeBSD、Mac OS和Windows平台上运行。
官方网站：https://libmodbus.org/
开源地址：https://github.com/stephane/libmodbus/
使用方式可参考博客：https://blog.csdn.net/whik1194/article/details/119010616（该博客对本人学习LibModbus提供了非常大的帮助，在此感谢作者
whik1194的博客的分享）。

3.libmodbus常用函数

3.1创建Modbus对象

创建Modbus-rtu对象	创建Modbus-tcp对象
modbus_t modbus_new_rtu(const char ‘device’, int ‘baud’, char ‘parity’, int ‘data_bit’, int ‘stop_bit’);	modbus_t modbus_new_tcp(const char *‘ip’, int ‘port’)
device：指定串口号	ip：指定IP地址
baud：波特率	port：端口号
parity：校验位
data_bit：数据位
stop_bit：停止位

--------------modbus_new_rtu()函数说明------
该函数将分配和初始化一个“modbus_t（libmodbus库定义的结构体）”对象，以便在串口环路中进行RTU通讯。
串口号：指定操作系统处理的串行端口的名称。如Linux中的“/dev/ttyS1”和windows中的“COM1”。
波特率：衡量串口传输速率的参数。指的是信号被调制后单位时间的变化次数，可以理解为通讯信号的频率，如9600、19200、57600、115200等。
校验位：用于检测数据传输过程中是否发生错误的手段。校验方式选择，“N”为无校验，“E”为偶校验，“O”为奇校验。关于各种校验的实现可参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/29693940。
数据位：规定传输一个字符由几位组成。可选值为5、6、7和8。
停止位：用于表示单个包的最后一位。可选值为1和2。

函数返回值：如果对象分配成功，将返回一个modbus_t 指针，否则将返回一个NULL

--------------modbus_new_tcp()函数说明------
该函数将分配和初始化一个“modbus_t（libmodbus库定义的结构体）”对象，以便与一个Modbus TCP IPv4服务器通讯。
指定IP地址：指定客户机想要建立连接的服务器的IP地址。“空值”用来以服务器模式监听任意IP地址。
端口：设置将要使用的TCP端口。将端口设置为MODBUS_TCP_DEFAULT_PORT以使用默认端口502。

函数返回值：如果对象分配成功，将返回一个modbus_t 指针，否则将返回一个NULL

3.2设置从机号
int modbus_set_slave(modbus_t *‘ctx’, int ‘slave’)
该函数用于设置串口设备ctx从机号slave，具体的函数行为由网络和设备协议决定。
RTU：定义要在主模式下通话的远程设备的从机ID，或者从机模式下设置内部从机ID。根据协议，Modbus设备只能持有其从机地址或特殊广播地址来获得消息。
TCP：只有消息必须到达串口网络中的设备时，TCP才需要从机号。
特殊值 MODBUS_BROADCAST_ADDRESS（广播地址）用于希望网络中所有Modbus设备接受请求的情况。
函数返回值：设置从机号成功，将返回0，否则将返回-1

3.3进入Modbus监听
int modbus_tcp_listen(modbus_t *‘ctx’, int ‘nb_connection’)
该函数用于创建规定网址或端口的Modbus连接插座。若ctx的地址设为NULL或’0.0.0.0’，任意地址均会被监听。nb_connection为最大连接数。
函数返回值：成功将返回0，否则将返回-1

3.4建立Modbus连接
int modbus_connect(modbus_t *‘ctx’)
该函数用于建立串口设备ctx与Modbus主机的连接。
函数返回值：成功将返回0，否则将返回-1

3.5设置响应超时时间
int modbus_set_response_timeout(modbus_t *‘ctx’, uint32_t ‘to_sec’, uint32_t ‘to_usec’)
该函数用于设置串口设备ctx等待响应的超时时间。
to_sec：“秒”；
to_usec：“微秒”；
函数返回值：成功将返回0，否则将返回-1

3.6分配寄存器阵列
modbus_mapping_t* modbus_mapping_new_start_address(int ‘start_bits’, int ‘nb_bits’,
int ‘start_input_bits’, int ‘nb_input_bits’,
int ‘start_registers’, int ‘nb_registers’,
int ‘start_input_registers’, int ‘nb_input_registers’);
该函数用于为Modbus设备分配从起始地址开始的可访问的线圈和寄存器存储镜像空间，
start_bits和nb_bits对应线圈寄存器（类似于开关量，或继电器状态，每一位（bit）对应一个信号的开关状态。支持读与写）；
start_input_bits和nb_input_bits对应离散输入状态寄存器（相当于只读模式的线圈状态寄存器，只能读取不能写）；
start_registers和nb_registers对应保存寄存器（用于存放设备状态和设备数据，支持读与写）；
start_input_registers和nb_input_registers对应输入寄存器（用于存放模拟量设备数据，仅支持读操作）；
函数返回值：成功返回指向寄存器阵列的结构体指针，否则将返回NULL。

3.7接受指令请求
int modbus_receive(modbus_t *‘ctx’, uint8_t *‘req’)
该函数用于从机设备ctx接收的Modbus主机指令请求，接收到的指令保存在req所指的缓存区。
函数返回值：成功将返回请求指令的长度（包括无请求将返回0），否则将返回-1。

3.8返回请求
int modbus_reply(modbus_t *‘ctx’, const uint8_t *‘req’, int ‘req_length’, modbus_mapping_t *‘mb_mapping’)
该函数用于从机设备ctx对请求进行响应，req为请求指令，req_length为请求指令的长度，mb_mapping为从机设备ctx的存储镜像空间。如果请求指示读取或写入值，则操作将根据操作数据的类型在modbus映射_mb_mapping_中进行。
函数返回值：成功将返回响应指令的长度，否者将返回-1。

3.9读取寄存器数据
int modbus_read_registers(modbus_t *‘ctx’, int ‘addr’, int ‘nb’, uint16_t *‘dest’)
该函数用于读取串口设备ctx起始地址为addr的nb个寄存器的数据，读取的数据保存在dest数组中。
注意：确保申请了足够长度的dest内存。
函数返回值：成功将返回读取的寄存器数量，否则将返回-1

3.10写单个寄存器
int modbus_write_register(modbus_t *‘ctx’, int ‘addr’, const uint16_t ‘value’)
该函数用于实现在串口设备ctx地址addr写入value值的操作。
函数返回值：成功将返回1，否则将返回-1

3.11写多个寄存器
int modbus_write_registers(modbus_t *‘ctx’, int ‘addr’, int ‘nb’, const uint16_t *‘src’)
该函数用于实现：从串口设备ctx的地址addr开始，连续写入nb个数据的操作，数据源来自src所指向的数组。
注意：确保src数组长度足够。
函数返回值：成功将返回写入的寄存器数量，否则将返回-1

3.12写单个线圈
int modbus_write_bit(modbus_t *‘ctx’, int ‘addr’, int ‘status’)
该函数用于将串口设备ctx的地址addr线圈的状态置为status，status值需被设为TRUE或FALSE。
函数返回值：成功将返回1，否则将返回-1

3.13查看错误信息
const char *modbus_strerror(int ‘errnum’);
该函数用来根据Modbus错误码errnum查询错误信息。
函数返回值：返回对应于错误信息的字符串指针。

3.14关闭Modbus连接
void modbus_close(modbus_t *‘ctx’)
该函数用于关闭ctx的Modbus连接。
函数返回值：无。

3.15释放Modbus对象
void modbus_free(modbus_t *‘ctx’)
该函数将释放ctx对象所占空间