利用 libmodbus 快速部署一个 Modbus TCP Server

在现代工业通信中，Modbus protocol因其简洁性和易于实现而被广泛应用。本文将通过一个具体的示例，详细介绍如何使用 libmodbus 库创建一个基于 TCP 的 Modbus Server。这个服务器能够处理客户端的 Modbus Request，并对这些请求作出响应。

完整代码（Chinese annotation）：

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1. 初始化 Modbus TCP Server

首先，我们需要引入 libmodbus 库，并初始化一个 Modbus TCP Server。在我们的示例中，服务器将绑定到本地地址 127.0.0.1 和端口 1502。通过调用 modbus_new_tcp 函数，我们创建了一个指向 modbus_t 结构的指针，这个结构体将作为后续所有操作的上下文：

ctx = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 1502);

2. 映射 Modbus 数据模型

接下来，我们需要定义服务器将要使用的 Modbus 数据映射。这一步骤是通过 modbus_mapping_new 函数完成的，它为不同类型的 Modbus data（位、输入位、保持寄存器和输入寄存器）分配和初始化内存：

mb_mapping = modbus_mapping_new(500, 500, 500, 500);
if (mb_mapping == NULL) {
    fprintf(stderr, "Failed to allocate the mapping: %s\n", modbus_strerror(errno));
    modbus_free(ctx);
    return -1;
}

3. 监听和接受客户端连接

一旦数据映射准备好，服务器就可以开始监听来自客户端的连接请求。使用 modbus_tcp_listen 函数开始监听，然后使用 modbus_tcp_accept 处理接入的客户端连接：

s = modbus_tcp_listen(ctx, 1);
modbus_tcp_accept(ctx, &s);

4. 接收和响应请求

服务器的主循环包括等待客户端请求、接收请求、处理请求，并发送响应。这通过不断调用 modbus_receive 函数来接收请求，并使用 modbus_reply 函数来发送响应：

for (;;) {
    rc = modbus_receive(ctx, query);
    if (rc > 0) {
        modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
    } else if (rc == -1) {
        break;
    }
}

5. 清理和关闭资源

一旦服务器完成任务（通常是由于错误或客户端关闭连接），它需要释放所有分配的资源，并优雅地关闭连接：

printf("Quit the loop: %s\n", modbus_strerror(errno));
if (s != -1) {
    close(s);
}
modbus_mapping_free(mb_mapping);
modbus_close(ctx);
modbus_free(ctx);

通过上述步骤，我们展示了如何使用 libmodbus 创建一个功能完备的 Modbus TCP Server。这个服务器能够处理标准的 Modbus function code，包括读写单个或多个位和寄存器的操作。本示例不仅适用于教育和测试目的，也可以作为实际应用中的基础。