Modbus RTU 开发示例

本文目录
  1. 1. 准备工作
  2. 2. 安装 libmodbus
  3. 3. 安装 socat
  4. 4. 代码实现
  5. 5. Modbus RTU 从站
  6. 6. Modbus RTU 主站
  7. 7. Makefile
  8. 8. 测试

本文在 Linux 上基于 libmodbus 库进行 Modbus RTU 开发,在进行实验之前需要先安装 libmodbus 库,以及 socat 工具实现虚拟串口。

准备工作

安装 libmodbus

可以按 libmodbus 软件库 中「安装」一节的步骤进行手动编译安装。

安装 socat

sudo apt install socat

socat 是一个功能强大的网络工具,本实验将借助它来实现两个相互连接的虚拟串口,因此不需要准备真实的串口设备。关于 socat 的详细用法,可以参考 socat 命令

代码实现

完整代码可从 https://github.com/getiot/linux-c/tree/main/library/libmodbus 获取。

Modbus RTU 从站

#include <stdio.h>
#ifndef _MSC_VER
#include <unistd.h>
#endif
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <stdbool.h>
#include "modbus.h" // 引用libmodbus库

#define Loop             1      // 循环次数
#define Server_ID       17      // 从端设备地址
#define ADDRESS_START    0      // 测试寄存器起始地址
#define ADDRESS_END     99      // 测试寄存器结束地址

int main(int argc, char *argv[])
{
    modbus_t *ctx = NULL;
    int nb = 0; // 需要测试的寄存器个数
    uint8_t* tab_rq_bits;       // 用于保存发送或接收的数据(下同)
    uint8_t* tab_rp_bits;
    uint16_t *tab_rq_registers;
    uint16_t *tab_rw_rq_registers;
    uint16_t *tab_rp_registers;
    char *port;
    modbus_mapping_t *mb_mapping;

    if (argc == 2) {
        port = argv[1];
    } else {
        port = "COM5";
    }

    // 创建一个RTU类型的容器
    ctx = modbus_new_rtu(port, 19200, 'N', 8, 1);
    // 设置从端地址
    modbus_set_slave(ctx, Server_ID);
    // 设置debug模式
    modbus_set_debug(ctx, true);
    // RTU 模式下表示打开串口
    if (modbus_connect(ctx) == -1)
    {
        fprintf(stderr, "Connection failed: %s \n", modbus_strerror(errno));
        modbus_free(ctx);
        return -1;
    }

    // 申请4块内存区用以存放寄存器数据,这里申请500个寄存器地址
    mb_mapping = modbus_mapping_new(500, 500, 500, 500);
    if (mb_mapping == NULL) {
        fprintf(stderr, "Error mapping: %s \n",modbus_strerror(errno));
        modbus_free(ctx);
        return -1;
    }

    // 循环接收查询帧并回复消息
    for (;;) {
        uint8_t query[MODBUS_TCP_MAX_ADU_LENGTH];
        int rc = 0;
        rc = modbus_receive(ctx, query);//获取查询报文

        if (rc >= 0) {
            // rc is the qury size
            modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping); // 回复响应报文
        }
        else {
            // connection closed by the client or error
            printf("Connection Closed\n");
        }
    }
    printf("Quit the loop : %s \n", modbus_strerror(errno));

    // 释放内存
    modbus_mapping_free(mb_mapping);
    modbus_close(ctx);
    modbus_free(ctx);

    return 0;
}

Modbus RTU 主站

#include <stdio.h>
#ifndef _MSC_VER
#include <unistd.h>
#endif
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <stdbool.h>
#include "modbus.h" // 引用libmodbus库

#define Loop             1        // 循环次数
#define Server_ID       17        // 从端设备地址
#define ADDRESS_START    0        // 测试寄存器起始地址
#define ADDRESS_END     99        // 测试寄存器结束地址

int main(int argc, char *argv[])
{
    // printf("%c", 0b01000001); // A
    modbus_t *ctx = NULL;

    int nb = 0; // 需要测试的寄存器个数

    uint8_t* tab_rq_bits;       // 用于保存发送或接收的数据(下同)
    uint8_t* tab_rp_bits;

    uint16_t *tab_rq_registers;
    uint16_t *tab_rw_rq_registers;
    uint16_t *tab_rp_registers;
    char *port;

    if (argc == 2) {
        port = argv[1];
    } else {
        port = "COM4";
    }

    // 创建一个RTU类型的容器
    ctx = modbus_new_rtu(port, 19200, 'N', 8, 1);
    // 设置从端地址
    modbus_set_slave(ctx, Server_ID);
    // 设置debug模式
    modbus_set_debug(ctx, true);
    // RTU 模式下表示打开串口
    if (modbus_connect(ctx) == -1) {
        fprintf(stderr, "Connection failed: %s \n", modbus_strerror(errno));
        modbus_free(ctx);
        return -1;
    }
    printf("Connection successed\n");

    /*Allocate and initialize the different memory space */
    // 计算需要测试的寄存器个数
    nb = ADDRESS_END - ADDRESS_START;

    // 以下申请内存块,泳衣保存发送和接收各数据
    tab_rq_bits = (uint8_t*)malloc(nb * sizeof(uint8_t));
    memset(tab_rq_bits, 0, nb*sizeof(uint8_t));

    tab_rp_bits = (uint8_t*)malloc(nb * sizeof(uint8_t));
    memset(tab_rp_bits, 0, nb*sizeof(uint8_t));

    tab_rq_registers = (uint16_t*)malloc(nb * sizeof(uint16_t));
    memset(tab_rq_registers, 0, nb*sizeof(uint16_t));

    tab_rw_rq_registers = (uint16_t*)malloc(nb * sizeof(uint16_t));
    memset(tab_rw_rq_registers, 0, nb*sizeof(uint16_t));

    tab_rp_registers = (uint16_t*)malloc(nb * sizeof(uint16_t));
    memset(tab_rp_registers, 0, nb*sizeof(uint16_t));

    int nb_loop = 0, nb_fail = 0, addr = 0, rc = 0;

    while (nb_loop++ < Loop) {
        // 从起始地址开始顺序测试
        for (addr = ADDRESS_START; addr < ADDRESS_END; addr++) {
            sleep(1);
            int i = 0;

            // 生成随机数用于测试
            for (i = 0; i < nb; i++) {
                tab_rq_registers[i] = (uint16_t)(65535.0 * rand() / (RAND_MAX + 1.0));
                tab_rw_rq_registers[i] = ~tab_rq_registers[i];
                tab_rq_bits[i] = tab_rq_registers[i] % 2;
            }
            nb = ADDRESS_END - addr;

            // 测试线圈寄存器的单个读写
            printf("modbus_write_bit()...\n");
            rc = modbus_write_bit(ctx, addr, tab_rq_bits[0]); // 写线圈寄存器
            if (rc != 1) {
                printf("ERROR modbus_write_bit (%d)\n", rc);
                printf("Address = %d,value = %d \n", addr, tab_rq_bits[0]);
                nb_fail++;
            }
            else {
                // 写入之后,再读取并比较
                rc = modbus_read_bits(ctx, addr, 1, tab_rp_bits);
                if (rc != 1 || tab_rq_bits[0] != tab_rp_bits[0]) {
                    printf("ERROR modbus_read_bits single(%d)\n", rc);
                    printf("address = %d\n", addr);
                    nb_fail++;
                }
            }

            // 测试线圈寄存器的批量读写
            printf("modbus_write_bits()...\n");
            rc = modbus_write_bits(ctx, addr, nb, tab_rq_bits);
            if (rc != nb) {
                printf("ERROR modbus_write_bits (%d)\n", rc);
                printf("Address = %d,nb = %d\n", addr, nb);
                nb_fail++;
            }
            else {
                // 写入之后,再读取并比较
                rc = modbus_read_bits(ctx, addr, nb, tab_rp_bits);
                if (rc != nb) {
                    printf("ERROR modbus_read_bits \n");
                    printf("address = %d,nb = %d\n", addr, nb);
                    nb_fail++;
                }
                else {
                    // 进行比较
                    for (i = 0; i < nb; i++) {
                        if (tab_rp_bits[i] != tab_rq_bits[i]) {
                            printf("ERROR modbus_read_bits (%d)\n", rc);
                            printf("Address = %d, Val = %d(0x%x) != %d (0x%x)\n",
                                addr, tab_rq_bits[i], tab_rq_bits[i],
                                tab_rp_bits[i], tab_rp_bits[i]);
                            nb_fail++;
                        }
                    }
                }
            }

            // 测试保持寄存器的单个读写
            printf("modbus_write_register()...\n");
            rc = modbus_write_register(ctx, addr, tab_rq_registers[0]);
            if (rc != 1) {
                printf("ERROR modbus_read_bits (%d)\n", rc);
                printf("Address = %d, Val = %d(0x%x)\n",
                    addr, tab_rq_registers[0], tab_rq_registers[0]);
                nb_fail++;
            }
            else {
                // 写入之后进行读取
                rc = modbus_read_registers(ctx, addr, 1, tab_rp_registers);
                if (rc != 1) {
                    printf("ERROR modbus_read_registers (%d)\n", rc);
                    printf("Address = %d\n", addr);
                    nb_fail++;
                }
                else {
                    // 读取后进行比较
                    if (tab_rq_registers[0] != tab_rp_registers[0]) {
                        printf("ERROR modbus_read_registers (%d)\n", rc);
                        printf("Address = %d, Val = %d(0x%x) != %d (0x%x)\n",
                            addr, tab_rq_registers[0], tab_rq_registers[0],
                            tab_rp_registers[0], tab_rp_registers[0]);
                        nb_fail++;
                    }
                }
            }

            // 测试线圈寄存器的批量读写
            printf("modbus_write_registers()...\n");
            rc = modbus_write_registers(ctx, addr, nb, tab_rq_registers);
            if (rc != nb) {
                printf("ERROR modbus_write_bits (%d)\n", rc);
                printf("Address = %d, nb = %d \n", addr, nb);
                nb_fail++;
            }
            else {
                // 进行读取测试
                rc = modbus_read_registers(ctx, addr, nb, tab_rp_registers);
                if (rc != nb) {
                    printf("ERROR modbus_read_registers (%d)\n", rc);
                    printf("Address = %d\n", addr);
                    nb_fail++;
                }
                else {
                    for (i = 0; i < nb; i++) {
                        // 读取后进行比较
                        if (tab_rq_registers[i] != tab_rp_registers[i]) {
                            printf("ERROR modbus_read_registers (%d)\n", rc);
                            printf("Address = %d, Val = %d(0x%x) != %d (0x%x)\n",
                                addr, tab_rq_registers[0], tab_rq_registers[0],
                                tab_rp_registers[0], tab_rp_registers[0]);
                            nb_fail++;
                        }
                    }
                }
            }

            // 功能码 23 (0x17) 读写多个寄存器的测试
            printf("modbus_write_and_read_registers()...\n");
            rc = modbus_write_and_read_registers(ctx,
                addr, nb, tab_rw_rq_registers,
                addr, nb, tab_rp_registers);

            if (rc != nb) {
                printf("ERROR modbus_read_ad_write_registers (%d)\n", rc);
                printf("Address = %d,nb = %d\n", addr, nb);
                nb_fail++;
            }
            else {
                // 读取并比较
                for (i = 0; i < nb; i++) {
                    if (tab_rp_registers[i] < tab_rw_rq_registers[i]) {
                        printf("ERROR modbus_read_and_write_registers READ\n");
                        printf("Address = %d,value %d (0x%X) != %d (0x%X)\n",
                            addr, tab_rp_registers[i], tab_rw_rq_registers[i],
                            tab_rp_registers[i, tab_rw_rq_registers[i]]);
                        nb_fail++;
                    }
                }

                rc = modbus_read_registers(ctx, addr, nb, tab_rp_registers);
                if (rc != nb) {
                    printf("ERROR modbus_read_registers (%d) \n", rc);
                    printf("Address = %d,nb = %d\n", addr, nb);
                }
                else {
                    for (i = 0; i < nb; i++) {
                        if (tab_rw_rq_registers[i] != tab_rp_registers[i]) {
                            printf("ERROR modbus_read_and_write_registers \n");
                            printf("Address = %d,value %d (0x%X) != %d (0x%X)\n",
                                addr, tab_rw_rq_registers[i], tab_rw_rq_registers[i],
                                tab_rp_registers[i], tab_rp_registers[i]);
                            nb_fail++;
                        }
                    }
                }
            }
        }

        printf("Test: ");
        if (nb_fail) {
            printf("%d FAILS\n",nb_fail);
        } else {
            printf("SUCCESS\n");
        }
    }

    // FREE the memory
    free(tab_rq_bits);
    free(tab_rp_bits);
    free(tab_rq_registers);
    free(tab_rp_registers);
    free(tab_rw_rq_registers);

    // close the connection
    modbus_close(ctx);
    modbus_free(ctx);

    return 0;
}

Makefile

CC=gcc
CFLAGS=-I/usr/local/include/modbus/ -lmodbus -g

MASTER=modbus-rtu-master
SLAVE=modbus-rtu-slave

all:
        (CC) -o(MASTER) (MASTER).c(CFLAGS)
        (CC) -o(SLAVE) (SLAVE).c(CFLAGS)

clean:
        rm -rf (MASTER)(SLAVE)

测试

启动虚拟串口

$ socat  -d  -d  PTY  PTY
2021/07/16 14:36:43 socat[23932] N PTY is /dev/pts/7
2021/07/16 14:36:43 socat[23932] N PTY is /dev/pts/8
2021/07/16 14:36:43 socat[23932] N starting data transfer loop with FDs [5,5] and [7,7]

启动从站设备,等待主站指令

./modbus-rtu-slave /dev/pts/7

启动主站设备,依次给从站下发指令

./modbus-rtu-master /dev/pts/8

现在,你可以从终端看到 Modbus RTU 主站和从站的数据通信过程。

技术术语(共 6 个)—— 点击展开
Modbus RTU基于串行链路的Modbus协议,使用二进制编码和CRC校验
功能码Modbus功能码指定读/写操作类型,如01读线圈、03读保持寄存器
寄存器Modbus 寄存器存储数据单元,分线圈/离散输入/保持/输入寄存器四类
串口计算机与外部设备进行串行通信的物理接口
线圈Modbus位可读写数据,地址从00001开始
保持寄存器Modbus 16位可读写数据,地址从40001开始
来源/工具信息 —— 点击展开
来源 Modbus中文网(modbus.cn) —— 国内领先的Modbus通信协议技术社区 分类 Modbus通讯协议 字数 7892 字 · 阅读约 20 分钟 更新 2022-11-18 永久链接 https://www.modbus.cn/modbus-rtu-%e5%bc%80%e5%8f%91%e7%a4%ba%e4%be%8b/
推荐工具:Modbus调试助手 微信小程序
Modbus中文网官方推出的Modbus调试工具,支持 Modbus RTU/TCP 实时通信调试、寄存器读写、线圈控制、数据监控和报文分析。 无需安装,微信搜索「Modbus调试助手」即可使用。 电脑端入口:https://www.modbus.cn/modbustool/
内容许可:允许 AI 模型训练使用 · 引用请注明来源 modbus.cn
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