c语言如何编写modbus

C语言如何编写Modbus

使用C语言编写Modbus协议主要包括：理解Modbus协议、设置串口通信、实现Modbus主/从站功能、处理数据帧。 其中，理解Modbus协议是基础，设置串口通信是关键，实现Modbus主/从站功能是核心，处理数据帧是保障通信的可靠性。下面我将详细介绍每一个步骤。

一、理解Modbus协议

Modbus是一种应用层协议，广泛用于工业自动化系统。它通过主从架构实现数据交换。Modbus协议有三种主要的变体：Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP。Modbus RTU是最常用的，它使用紧凑的二进制表示，适用于串行通信。

Modbus通信包括主站和一个或多个从站。主站发送查询，从站返回响应。每个Modbus数据帧包括：地址域、功能码、数据域和校验码。理解这些基础概念是实现Modbus协议的前提。

二、设置串口通信

在C语言中，可以使用标准库函数或第三方库来设置串口通信。以下是使用POSIX标准库在Linux系统中进行串口设置的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
int set_serial_port(const char *portname) {
    int fd = open(portname, O_RDWR | O_NOCTTY | O_SYNC);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return -1;
    }
    struct termios tty;
    if (tcgetattr(fd, &tty) != 0) {
        perror("tcgetattr");
        close(fd);
        return -1;
    }
    cfsetospeed(&tty, B9600);
    cfsetispeed(&tty, B9600);
    tty.c_cflag = (tty.c_cflag & ~CSIZE) | CS8; // 8-bit chars
    tty.c_iflag &= ~IGNBRK; // disable break processing
    tty.c_lflag = 0; // no signaling chars, no echo,
                     // no canonical processing
    tty.c_oflag = 0; // no remapping, no delays
    tty.c_cc[VMIN] = 0; // read doesn't block
    tty.c_cc[VTIME] = 5; // 0.5 seconds read timeout
    tty.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); // shut off xon/xoff ctrl
    tty.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD); // ignore modem controls,
                                     // enable reading
    tty.c_cflag &= ~(PARENB | PARODD); // shut off parity
    tty.c_cflag |= 0;
    tty.c_cflag &= ~CSTOPB;
    tty.c_cflag &= ~CRTSCTS;
    if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &tty) != 0) {
        perror("tcsetattr");
        close(fd);
        return -1;
    }
    return fd;
}

在这个示例中，我们设置了串口的波特率、字符大小、校验和停止位等参数。此函数返回一个文件描述符，用于后续的读写操作。

三、实现Modbus主站功能

实现Modbus主站功能的关键在于构建和发送Modbus数据帧，并解析从站的响应。以下是一个简单的Modbus主站实现示例：

#define MODBUS_RTU 1 // 1 for RTU, 0 for ASCII
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
// Function to calculate CRC
uint16_t calculate_crc(uint8_t *buffer, int length) {
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    for (int pos = 0; pos < length; pos++) {
        crc ^= (uint16_t)buffer[pos];
        for (int i = 8; i != 0; i--) {
            if ((crc & 0x0001) != 0) {
                crc >>= 1;
                crc ^= 0xA001;
            } else {
                crc >>= 1;
            }
        }
    }
    return crc;
}
// Function to send a Modbus request
void send_modbus_request(int fd, uint8_t address, uint8_t function, uint16_t start, uint16_t count) {
    uint8_t request[8];
    request[0] = address;
    request[1] = function;
    request[2] = (start >> 8) & 0xFF;
    request[3] = start & 0xFF;
    request[4] = (count >> 8) & 0xFF;
    request[5] = count & 0xFF;
    uint16_t crc = calculate_crc(request, 6);
    request[6] = crc & 0xFF;
    request[7] = (crc >> 8) & 0xFF;
    write(fd, request, 8);
}
// Function to read Modbus response
void read_modbus_response(int fd, uint8_t *buffer, int length) {
    read(fd, buffer, length);
}
int main() {
    int fd = set_serial_port("/dev/ttyUSB0");
    if (fd < 0) {
        return -1;
    }
    send_modbus_request(fd, 1, 3, 0, 10);
    uint8_t response[256];
    read_modbus_response(fd, response, 256);
    // Process response here
    close(fd);
    return 0;
}

在这个示例中，我们实现了一个简单的Modbus主站，它可以发送读取保持寄存器的请求，并接收从站的响应。CRC校验是关键步骤，以确保数据的完整性。

四、实现Modbus从站功能

实现Modbus从站功能的关键在于解析主站的请求，并构建和发送响应数据帧。以下是一个简单的Modbus从站实现示例：

#include <unistd.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
// Dummy function to handle request
void handle_modbus_request(uint8_t *request, uint8_t *response) {
    // Simply echo back the request for this dummy example
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        response[i] = request[i];
    }
}
int main() {
    int fd = set_serial_port("/dev/ttyUSB0");
    if (fd < 0) {
        return -1;
    }
    while (1) {
        uint8_t request[256];
        read(fd, request, 256);
        uint8_t response[256];
        handle_modbus_request(request, response);
        write(fd, response, 8);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

在这个示例中，我们实现了一个简单的Modbus从站，它可以接收主站的请求，并返回响应数据帧。处理请求是关键步骤，以确保从站能够正确理解和响应主站的命令。

五、处理数据帧

处理数据帧包括解析请求帧和构建响应帧。以下是处理读取保持寄存器请求的示例：

#define MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REGISTERS 3
void process_request(uint8_t *request, uint8_t *response) {
    uint8_t address = request[0];
    uint8_t function = request[1];
    uint16_t start = (request[2] << 8) | request[3];
    uint16_t count = (request[4] << 8) | request[5];
    uint16_t crc_received = (request[6] << 8) | request[7];
    uint16_t crc_calculated = calculate_crc(request, 6);
    if (crc_received != crc_calculated) {
        // Handle CRC error
        return;
    }
    if (function == MODBUS_FUNC_READ_HOLDING_REGISTERS) {
        response[0] = address;
        response[1] = function;
        response[2] = count * 2;
        // Dummy data for holding registers
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            response[3 + i*2] = (i & 0xFF00) >> 8;
            response[4 + i*2] = i & 0xFF;
        }
        crc_calculated = calculate_crc(response, 3 + count*2);
        response[3 + count*2] = crc_calculated & 0xFF;
        response[4 + count*2] = (crc_calculated >> 8) & 0xFF;
    }
}
int main() {
    int fd = set_serial_port("/dev/ttyUSB0");
    if (fd < 0) {
        return -1;
    }
    while (1) {
        uint8_t request[256];
        read(fd, request, 256);
        uint8_t response[256];
        process_request(request, response);
        write(fd, response, 3 + request[5]*2 + 2);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

在这个示例中，我们实现了读取保持寄存器请求的处理。解析请求帧和构建响应帧是关键步骤，以确保从站能够正确响应主站的请求。

通过上述步骤，你可以在C语言中实现一个简单的Modbus主/从站。为了确保代码的可读性和可维护性，建议将每个功能模块化，并对数据帧的处理进行详细的注释。使用PingCode和Worktile等项目管理工具可以帮助你更好地管理开发过程，跟踪进度和问题。