基于STM32的MODBUS-RTU框架的實(shí)現(xiàn)

這篇具有很好參考價(jià)值的文章主要介紹了基于STM32的MODBUS-RTU框架的實(shí)現(xiàn)。希望對(duì)大家有所幫助。如果存在錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，請(qǐng)大家不吝賜教，您也可以點(diǎn)擊"舉報(bào)違法"按鈕提交疑問。

基于STM32的MODBUS-RTU框架的實(shí)現(xiàn)

---------------------------------------------------------------------------------------手動(dòng)分割線--------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------------------文章開始--------------------------------------------------------------------------------

一、協(xié)議簡介

Modbus是一種串行通信協(xié)議，是Modicon公司（現(xiàn)在的施耐德電氣Schneider Electric）于1979年為使用可編程邏輯控制器（PLC）通信而發(fā)表。Modbus已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)（De facto），并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間常用的連接方式。Modbus比其他通信協(xié)議使用的更廣泛的主要原因有：

公開發(fā)表并且無版權(quán)要求
易于部署和維護(hù)
對(duì)供應(yīng)商來說，修改移動(dòng)本地的比特或字節(jié)沒有很多限制

Modbus允許多個(gè) (大約240個(gè)) 設(shè)備連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信，舉個(gè)例子，一個(gè)測(cè)量溫度和濕度的裝置，并且將結(jié)果發(fā)送給計(jì)算機(jī)。在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）中，Modbus通常用來連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RTU）。

Modbus協(xié)議目前存在用于串口、以太網(wǎng)以及其他支持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)的版本。對(duì)于串行連接，存在兩個(gè)變種，它們?cè)跀?shù)值數(shù)據(jù)表示不同和協(xié)議細(xì)節(jié)上略有不同。Modbus RTU是一種緊湊的，采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)的方式，Modbus ASCII是一種人類可讀的，冗長的表示方式。

本文介紹的為MODBUS-RTU協(xié)議在STM32單片機(jī)上的實(shí)現(xiàn)。

二、協(xié)議框架

MODBUS的幀（報(bào)告）形式：RTU幀?？蚣艿囊话阈问饺缦聢D所示：
基于STM32的MODBUS-RTU框架的實(shí)現(xiàn)
MODBUS的幀根據(jù)主從方式分為兩種：詢問幀和應(yīng)答幀。

下圖為RTU幀的詢問幀：
基于STM32的MODBUS-RTU框架的實(shí)現(xiàn)
下圖為RTU幀的一般應(yīng)答幀：

下圖為一般潛在長度的幀的響應(yīng)格式：

三、與標(biāo)準(zhǔn)的RTU幀的差異

標(biāo)準(zhǔn)RTU幀：
使用RTU模式，消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開始。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時(shí)間，這是最容易實(shí)現(xiàn)的。
傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M(jìn)制的0…9,A…F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時(shí)間內(nèi)。
當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。
在最后一個(gè)傳輸字符之后，一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開始。

整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。如果在幀完成之前有超過1.5個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。
同樣地，如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接著前個(gè)消息開始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。
這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮腃RC域的值不可能是正確的。

STM32的處理方式：
采用標(biāo)準(zhǔn)的RTU幀實(shí)現(xiàn)每一幀的數(shù)據(jù)分割有點(diǎn)麻煩，需要使用單獨(dú)的定時(shí)器來進(jìn)行接收字符時(shí)間判斷。
在STM32上，采用串口空閑接收中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)每幀數(shù)據(jù)的分割，從而簡化STM32上的MODBUS的RTU協(xié)議，實(shí)現(xiàn)快速實(shí)現(xiàn)。

四、串口空閑接收中斷

關(guān)于串口空閑中斷網(wǎng)上有很多教程，我這里就直接提供代碼，后續(xù)有需要再單獨(dú)出個(gè)帖子。


//空閑中斷初始化函數(shù)
XL_StatusTypeDef XL_UartIdle_DMA_Init(UART_HandleTypeDef *huart,uint8_t *pData)
{
	__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart);       //清除空閑中斷標(biāo)志
	__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_IDLE);//啟動(dòng)串口空閑中斷
	return (XL_StatusTypeDef)HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(huart,pData,XL_UartRx_Len);//開啟DMA接收
}

//空閑中斷回調(diào)函數(shù)
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
	void XL_Uart_Idle(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData,uint16_t Size);
	if(huart == &hlpuart1)
		XL_Uart_Idle(huart,LPU1_RxBuff.pData,Size);
	if(huart == &huart3)
		XL_Uart_Idle(huart,U3_RxBuff.pData,Size);	
}

五、RTU協(xié)議框架

//申明函數(shù)
ModbusState BackCheckFunction(uint8_t subcode);
ModbusState ReadEventFunction(void);


//modbus函數(shù)框架
ModbusState XL_Modbus_RTU_Frame(uint8_t Addr,uint8_t *pData,uint16_t len)
{
	//判斷地址是否正確、及數(shù)據(jù)長度
	if(len<3 || Addr != pData[0] )
		return MB_NULL;
	
	//通信為低位在前
	uint16_t crc  = crc16tablefast(pData,len-2);
	
	//判斷CRC
	if(pData[len-2] != (uint8_t )crc||pData[len-1] != (uint8_t )(crc>>8) )
		return MB_NULL;
	
	//對(duì)應(yīng)功能碼的函數(shù)檢查
	ModbusState State = LenCheck((FunCode)pData[1],pData,len);
	if(State != MB_OK)
	{
		//返回錯(cuò)誤功能碼
		ErrorSend((FunCode)pData[1],State);
		return MB_ERROR;
	}
	
	//接收處理計(jì)數(shù)++
	EventCountNum++;
	
	switch(pData[1])
	{
		case ReadReg: //讀取多個(gè)寄存器
			ReadRegFunction(pData,len);
			break;
		
		case ReadInputReg: //讀取多個(gè)輸入寄存器
			ReadRegFunction(pData,len);
			break;
		
		case WriteSingleReg: //寫入單個(gè)寄存器
			WriteRegFunction(pData,len);
			break;
			
		case ReadEventCount: //讀取事件計(jì)數(shù)
			ReadEventFunction();
			break;	
		
		case WriteReg: //寫入多個(gè)寄存器
			WriteRegFunction(pData,len);
			break;	
		
		default: //異?；貜?fù),不存在的功能碼
			ErrorSend((FunCode)pData[1],UNFUNCODE);
			break;
	}
	
	
	return MB_OK;
}


//寄存器映射--MARK()
ModbusState RegMap(uint16_t regaddr,uint16_t *reg,ModbusState code )
{
	//先進(jìn)行地址偏移
	
	/*這部分代碼需要自己實(shí)現(xiàn)*/
	
	return MB_OK;
}


//讀取多個(gè)寄存器
ModbusState ReadRegFunction(uint8_t *pData,uint16_t len)
{
	//定義發(fā)送數(shù)組
	uint8_t bData[310] = {pData[0],pData[1],2*((pData[4]<<8)+pData[5])};
	//定義返回?cái)?shù)據(jù)長度
	uint16_t blen = 2*((pData[4]<<8)+pData[5])+5;
	//寄存器開始地址
	uint16_t addr = (pData[2]<<8)+pData[3];
	//讀取寄存器數(shù)
	uint16_t allnum =  (pData[4]<<8)+pData[5];
	
	//遍歷寄存器
	for(int i = 0 ;i<allnum;i++)
	{
		uint16_t reg;
		RegMap(addr+i,&reg,MB_READ);
		bData[3+i*2] = reg>>8;
		bData[3+i*2+1] = reg;
	}
	
	//發(fā)送數(shù)據(jù)出去
	MBSendCRC(bData,blen);
	return MB_OK;
}


//寫入寄存器
ModbusState WriteRegFunction(uint8_t *pData,uint16_t len)
{
	//寄存器開始地址
	uint16_t addr = (pData[2]<<8)+pData[3];
	//定義發(fā)送數(shù)組
	uint8_t bData[8] = {pData[0],pData[1],pData[2],pData[3]};
	//單個(gè)寄存器
	if(pData[1] == WriteSingleReg)
	{
		//填充長度
		bData[4] = 0;
		bData[5] = 1;
		uint16_t preg = (pData[4]<<8)+pData[5];
		RegMap(addr,&preg,MB_WRITE);
	}
	
	
	//多個(gè)寄存器
	if(pData[1] == WriteReg)
	{
		//填充長度
		bData[4] = pData[4];
		bData[5] = pData[5];
		//讀取字節(jié)數(shù)
		uint16_t allnum =  pData[6]/2;				
		//遍歷寄存器
		for(int i = 0 ;i<allnum;i++)
		{
			uint16_t preg = (pData[7+i*2]<<8)+pData[7+i*2+1];
			RegMap(addr+i,&preg,MB_WRITE);
		}
	}	
	//發(fā)送數(shù)據(jù)出去
	MBSendCRC(bData,8);
	return MB_OK;		
	
}


//modbus的通信狀態(tài)校驗(yàn)的函數(shù)
ModbusState BackCheckFunction(uint8_t subcode)
{
	switch(subcode)
	{
		case 0x00: //返回詢問數(shù)據(jù)
		{
			uint8_t data[8] = {SlaveAddr,BackCheck,0x00,0x00,0x00,0x01};
			MBSendCRC(data,8);
			break;		
		}

		default:
			ErrorSend(BackCheck,UNFUNCODE);
			break;
	}
	return MB_OK;
}


//modbus的讀取事件計(jì)數(shù)的函數(shù)
ModbusState ReadEventFunction(void)
{
	uint8_t data[8] = {SlaveAddr,ReadEventCount,0x00,0x00,0x00,EventCountNum};
	
	MBSendCRC(data,8);
	
	return MB_OK;
}


//ModbusRTU的長度檢測(cè)函數(shù)
ModbusState LenCheck(FunCode code,uint8_t *pData,uint16_t len)
{
	switch(pData[1])
	{
		case ReadReg: //讀取多個(gè)寄存器
			if(pData[4]!= 0|| pData[5] > Max_RegNum)	//判斷讀取的最大長度是否超過125寄存器
				return LENERROR;			
			if(len != 8) 										 	//數(shù)據(jù)主機(jī)發(fā)送的不徹底或字節(jié)的數(shù)量是錯(cuò)誤的
				return LENERROR;
			return MB_OK;											//通過篩選
			
		case ReadInputReg: //讀取多個(gè)輸入寄存器
			if(pData[4]!= 0|| pData[5] > Max_RegNum)	//判斷讀取的最大長度是否超過125寄存器
				return LENERROR;			
			if(len != 8) 										 	//數(shù)據(jù)主機(jī)發(fā)送的不徹底或字節(jié)的數(shù)量是錯(cuò)誤的
				return LENERROR;
			return MB_OK;											//通過篩選		
			
		case WriteSingleReg: //寫入單個(gè)寄存器
			if(len != 8) 										 	//數(shù)據(jù)主機(jī)發(fā)送的不徹底或字節(jié)的數(shù)量是錯(cuò)誤的
				return LENERROR;
			return MB_OK;											//通過篩選				
		
		case BackCheck: //回送診斷校驗(yàn)，等待與陳銘討論
			if(len < 8 || len>310)
				return LENERROR;
			return MB_OK;
		
		case ReadEventCount: //讀取事件計(jì)數(shù)
			if(len < 4 || len>310)
				return LENERROR;
			return MB_OK;
			
		case WriteReg: //寫入多個(gè)寄存器
			if(pData[4]!= 0|| pData[5] > Max_RegNum || len != (pData[6]+9)||(2*((pData[4]<<8)+pData[5]))!=pData[6])	//判斷讀取的最大長度是否超過125寄存器
				return LENERROR;
			return MB_OK;
			
		default: //異?；貜?fù)
			return UNFUNCODE;
	}	
}



/*-----crc校驗(yàn)查表----------------
輔助完成CRC校驗(yàn)，是CRC校驗(yàn)的快速查表法
----------------------------------*/
const uint16_t crctalbeabs[] = { 
	0x0000, 0xCC01, 0xD801, 0x1400, 0xF001, 0x3C00, 0x2800, 0xE401, 
	0xA001, 0x6C00, 0x7800, 0xB401, 0x5000, 0x9C01, 0x8801, 0x4400 
};



/*-------CRC校驗(yàn)函數(shù)----------------
輸入為字符指針（ptr）、字符指針長度（len）
//ptr為校驗(yàn)數(shù)組的指針，len為校驗(yàn)數(shù)組的元素個(gè)數(shù)
返回CRC校驗(yàn)結(jié)果，為16位
根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行CRC校驗(yàn)碼
----------------------------------*/
uint16_t crc16tablefast(uint8_t *ptr, uint16_t len) 
{
	uint16_t crc = 0xffff; 
	uint16_t i;
	uint8_t ch;
 
	for (i = 0; i < len; i++)
	{
		ch = *ptr++;
		crc = crctalbeabs[(ch ^ crc) & 15] ^ (crc >> 4);
		crc = crctalbeabs[((ch >> 4) ^ crc) & 15] ^ (crc >> 4);
	} 
	
	return crc;
}

//modbus 發(fā)送函數(shù)
void MBSend(uint8_t *pData,uint16_t len)
{
	//需要自己修改串口發(fā)送驅(qū)動(dòng)函數(shù)
	//XL_Transmit(&hlpuart1,pData,len,Max_SendUart_Time);
	//XL_Transmit(&huart3,pData,len,Max_SendUart_Time);
}

//modbus 發(fā)送函數(shù)
void MBSendCRC(uint8_t *pData,uint16_t len)
{
	uint16_t crc  = crc16tablefast(pData,len-2);
	
	pData[len-2] = (uint8_t )crc;
	
	pData[len-1] = (uint8_t )(crc>>8);		
	
	//需要自己修改串口發(fā)送驅(qū)動(dòng)函數(shù)
	//XL_Transmit(&hlpuart1,pData,len,Max_SendUart_Time);
	//XL_Transmit(&huart3,pData,len,Max_SendUart_Time);
}


//異常、錯(cuò)誤代碼發(fā)送
void ErrorSend(FunCode code,ModbusState state)
{
	uint8_t data[5] = {SlaveAddr,code+0x80,state};
	
	MBSendCRC(data,5);	
}

六、總結(jié)

工程文件（不需要積分）：

https://download.csdn.net/download/qq_40824852/85022712?spm=1001.2014.3001.5503

目前采用STM32實(shí)現(xiàn)了部分MODBUS的簡易框架，能實(shí)現(xiàn)較為簡單的協(xié)議通信，后續(xù)有需求會(huì)更新。

----------------------------------------------------------------------------------到這里就結(jié)束了-------------------------------------------------------------------------------

時(shí)間流逝、年齡增長，是自己的磨煉、對(duì)知識(shí)技術(shù)的應(yīng)用，還有那不變的一顆對(duì)嵌入式熱愛的心！
基于STM32的MODBUS-RTU框架的實(shí)現(xiàn)

到這里就結(jié)束了，希望大家點(diǎn)贊o(￣▽￣)ｄ、關(guān)注(o)/~、評(píng)論(▽)！文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-429440.html

到了這里，關(guān)于基于STM32的MODBUS-RTU框架的實(shí)現(xiàn)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！