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野火STM32Modbus主机读取寄存器/线圈失败(一)-解决接收中断不触发的问题

ai 2025/8/28 13:29:42

接收中断不触发

前情提要

在自己的开发板上移植了野火的modbus主机程序。
野火主机程序移植
野火主机代码理解与使用

问题背景

我使用STM32显示板作为Modbus主机连接电脑，并在电脑上运行Modbus Slave软件。测试中发现，读取保持寄存器和输入寄存器均失败，但写入操作正常。例如，当我的板子作为主机发送读取从机1的40、41地址（其中预先写入了4000和6500）的请求时，Modbus Slave可以正确接收到请求帧：

Rx: 001205-01 03 00 28 00 02 44 03
Tx: 001206-01 03 04 0F A0 19 64 B1 97

这说明主机发出的命令没有问题。然而，在我的代码中，用于存储保持寄存器的数组 usMRegHoldBuf[][] 始终为0，未能更新。进一步排查发现，程序并未进入回调函数 eMBMasterRegHoldingCB(UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs, eMBRegisterMode eMode)。

后续测试表明，Modbus主机的接收中断从未被触发，因此初步判断问题出在Modbus主机的接收中断部分，可能存在配置或实现上的错误。

现象

在portserial_m.c中添加调试代码，变量tx_int_count递增，但是rx_int_count始终为0，说明没触发接收中断。

/* * Create an interrupt handler for the transmit buffer empty interrupt* (or an equivalent) for your target processor. This function should then* call pxMBFrameCBTransmitterEmpty( ) which tells the protocol stack that* a new character can be sent. The protocol stack will then call * xMBPortSerialPutByte( ) to send the character.*/
void prvvUARTTxReadyISR(void)
{/* 发送状态机 */extern volatile uint32_t tx_int_count;tx_int_count++;pxMBMasterFrameCBTransmitterEmpty();
}/* * Create an interrupt handler for the receive interrupt for your target* processor. This function should then call pxMBFrameCBByteReceived( ). The* protocol stack will then call xMBPortSerialGetByte( ) to retrieve the* character.*/
void prvvUARTRxISR(void)
{/* 接收状态机 */extern volatile uint32_t rx_int_count;rx_int_count++;pxMBMasterFrameCBByteReceived();
}

解决

将portserial_m.c中的void vMBMasterPortSerialEnable(BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable)进行修改。

把

void vMBMasterPortSerialEnable(BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable)
{/* If xRXEnable enable serial receive interrupts. If xTxENable enable* transmitter empty interrupts.*/if(xRxEnable){/* 串口2接收中断使能 */__HAL_USART_ENABLE_IT(&huart2,USART_IT_RXNE); #if defined(MODBUS_MASTER_USE_CONTROL_PIN)	/* 485低电平接收 */HAL_GPIO_WritePin(MODBUS_MASTER_GPIO_PORT,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN_LOW);#endif}else{/* 串口2接收中断关闭 */__HAL_USART_DISABLE_IT(&huart2,USART_IT_RXNE); #if defined(MODBUS_MASTER_USE_CONTROL_PIN)/* 485高电平发送 */HAL_GPIO_WritePin(MODBUS_MASTER_GPIO_PORT,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN_HIGH);#endif}if(xTxEnable){/* 串口2发送中断使能 */__HAL_USART_ENABLE_IT(&huart2,USART_IT_TXE); #if defined(MODBUS_MASTER_USE_CONTROL_PIN)/* 485高电平发送*/HAL_GPIO_WritePin(MODBUS_MASTER_GPIO_PORT,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN_HIGH);#endif}else{/* 串口2发送中断关闭 */__HAL_USART_DISABLE_IT(&huart2,USART_IT_TXE); #if defined(MODBUS_MASTER_USE_CONTROL_PIN)	/* 485低电平接收*/HAL_GPIO_WritePin(MODBUS_MASTER_GPIO_PORT,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN_LOW);#endif}
}

改成

void vMBMasterPortSerialEnable(BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable)
{/* If xRXEnable enable serial receive interrupts. If xTxENable enable* transmitter empty interrupts.*/if(xRxEnable){#if defined(MODBUS_MASTER_USE_CONTROL_PIN)	/* 485低电平接收 */HAL_GPIO_WritePin(MODBUS_MASTER_GPIO_PORT,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN_LOW);/* 添加小延时确保485切换完成 */for(volatile int i = 0; i < 100; i++);#endif/* 串口2接收中断使能 */__HAL_USART_ENABLE_IT(&huart2,USART_IT_RXNE); }else{/* 串口2接收中断关闭 */__HAL_USART_DISABLE_IT(&huart2,USART_IT_RXNE); #if defined(MODBUS_MASTER_USE_CONTROL_PIN)/* 485高电平发送 */HAL_GPIO_WritePin(MODBUS_MASTER_GPIO_PORT,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN_HIGH);#endif}if(xTxEnable){#if defined(MODBUS_MASTER_USE_CONTROL_PIN)/* 485高电平发送*/HAL_GPIO_WritePin(MODBUS_MASTER_GPIO_PORT,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN_HIGH);/* 添加小延时确保485切换完成 */for(volatile int i = 0; i < 100; i++);#endif/* 串口2发送中断使能 */__HAL_USART_ENABLE_IT(&huart2,USART_IT_TXE); }else{/* 串口2发送中断关闭 */__HAL_USART_DISABLE_IT(&huart2,USART_IT_TXE); #if defined(MODBUS_MASTER_USE_CONTROL_PIN)	/* 485低电平接收*/HAL_GPIO_WritePin(MODBUS_MASTER_GPIO_PORT,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN,MODBUS_MASTER_GPIO_PIN_LOW);#endif}
}

就可以触发了，rx_int_count递增。

原因分析

您遇到的问题非常典型，涉及到RS-485半双工通信中一个关键且容易忽视的细节：方向控制引脚（DE/RE）切换与UART中断使能的时序问题。

问题根本原因分析

（暂不清楚，以下为ai的解释）
中断使能（__HAL_USART_ENABLE_IT）的操作在GPIO方向切换（HAL_GPIO_WritePin）之前。这会引发一个竞态条件（Race Condition）：

使能接收中断的时刻：当调用 __HAL_USART_ENABLE_IT(&huart2, USART_IT_RXNE) 后，USART2的接收中断立即被打开。此时，USART硬件已经开始监听总线上的数据。
切换485方向的时刻：紧接着，代码才去设置GPIO引脚为接收模式（低电平）。从CPU执行完第一条指令到GPIO电平实际稳定、收发器切换到接收状态，存在一个极短但不可忽略的延迟。

在这个短暂的延迟窗口内，总线状态是不确定的：

如果总线上恰好有数据（例如，上一帧数据的残留、噪声、或者其他设备的发送），USART的接收寄存器（RXNE）会立即被置位。
由于接收中断已经使能，CPU会立刻响应并进入接收中断服务程序（ISR）。
然而，此时485收发器可能还未完全切换到接收模式，导致它无法正确地将总线差分信号传递给USART，或者传递的是错误的电平。
最终结果是，ISR读取到的可能是无效数据、帧错误（FE）、或噪音。更常见的是，这个过早触发的中断会清空RXNE标志，但并没有读到有效数据。而当Modbus协议栈真正开始等待响应时，由于标志位已被清除，无法再次触发中断，导致接收超时。

修改后的代码为什么能工作？

修改后的代码调整了时序：

先切换485方向：首先通过GPIO将收发器稳稳地设置为目标模式（接收或发送）。
添加短暂延时：使用 for 循环提供一个短暂的阻塞延时。这个延时确保了GPIO电平有足够的时间稳定下来，并且485收发器内部的电路已经完成了切换（通常需要几百纳秒到几微秒）。虽然用循环实现延时不是最优雅的方式（更好的做法是使用硬件定时器或精确延时函数），但它简单有效，解决了硬件切换的时序问题。
最后使能中断：在确保硬件已经完全准备好之后，再打开USART中断。这样，当中断使能时，总线状态和收发器状态都是稳定和正确的，只有在使能之后到来的新数据才会触发中断，从而避免了“旧”数据或噪音的误触发。

简单比喻：

修改前：就像先打开麦克风的开关（中断使能），然后再告诉别人“现在你可以对我说话了”（485切接收）。在你告诉他之前，任何环境噪音（总线数据）都会被麦克风录进去。
修改后：先告诉别人“现在你可以对我说话了”（485切接收），确保自己准备好了，然后再打开麦克风开关（中断使能）。这样录到的才是对方真正要对你说的话。

总结与建议

总结： 接收中断不触发的根本原因不是中断没打开，而是中断被过早地触发并在错误的时刻被处理掉了。修改后的代码通过调整GPIO操作和中断使能的顺序，并加入延时确保硬件稳定，解决了这个问题。

改进建议：

替换循环延时：for循环延时受编译器优化和CPU频率影响，不精确。建议使用HAL_Delay(1)（延时1ms，对于485切换绰绰有余）或者查询硬件定时器来实现更可靠的微秒级延时。
检查中断优先级：确保USART中断的优先级设置合理，不会被其他高优先级中断长时间阻塞。
检查中断服务程序（ISR）：确保在USART2的IRQHandler中正确处理了USART_IT_RXNE事件，并且清除了相应的标志位。

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