网络编程（Modbus进阶）
思维导图
Modbus RTU（先学一点理论）
概念
与Modbus TCP区别
与modbus TCP不同的是RTU没有报文头MBAP字段，但是在尾部增加了两个CRC检验字节（CRC16），因为网络协议中自带校验，所以在TCP协议中不需要使用CRC校验码。
RTU和TCP的总体使用方法基本一致，只是在创建modbus对象时有所不同，TCP需要传入网络socket信息；而RTU需要传入串口相关信息。
特点
1.遵循主从问答的通信方式
2.采用串口的方式进行通信
设置串口参数时要求：（了解，后续还会用）
波特率为9600（波特率是指每秒钟传输的比特数）
8位数据位 （数据位是指每个字符中包含的比特数）
1位停止位 （停止位是指在每个字符传输结束后添加的比特数）
无流控 （流控是指在数据传输过程中控制数据流量的一种机制，无流控表示在该设置下没有额外的控制机制来控制数据流量）
modbus rtu协议格式
地址码 功能码 数据 校验码
地址码（1字节）：从机ID
功能码（1字节）：和modbus tcp一样（01 02 03 04 05 06 0f 10H）
数据：起始地址、地址、数量、数据、字节计数；和modbus tcp一样。
校验码（2字节）：对地址码、功能码、数据进行校验，由函数生成，循环冗余校验 (低字节在前)
其实modbus rtu协议的格式和modbus tcp是很像，就是把tcp的MBAP报文头去掉，只保留了一个字节的主机ID，最后结尾加上了两个字节的校验码。（校验码没有实际意义，是函数生成的不用管）
以01发送的数据格式为例，可以看到数据位是一样的，上图就是tcp和rtu协议格式的区别。数据接收也是和tcp一样的，所以就不再讲了。
modbus 库
官方文档：libmodbus
1库的安装
第一步和第二步都要运行，第一步是为了安装配置，第二步是为了让你使用这个库更方便，把它放在你的C语言库里。
1.1库的安装配置（共四步）
通过网盘分享的文件：sqlite-autoconf-3460000.tar.gz
链接: https://pan.baidu.com/s/1ro8-xbsFitDSEEK6mSYzwQ?pwd=3521 提取码: 3521（直接复制命令，别手打，按顺序）
1. (先下载压缩包，CtrlC+V复制到虚拟机任意路径下)在linux中解压压缩包
tar -xvf libmodbus-3.1.7.tar.gz
2. 进入源码目录
cd libmodbus-3.1.7
3.创建文件夹(存放头文件、库文件)
mkdir install
4.执行脚本configure，进行安装配置（指定安装目录）
./configure --prefix=$PWD/install
5. 执行make
make //编译
6.执行make install
make install //安装
执行完成后会在install文件夹下生产对应的头文件、库文件件夹install，用于存放产生的头文件、库文件等
1.2.库的使用
要想编译方便，可以将头文件和库文件放到系统路径下（直接复制命令，别手打，按顺序）
sudo cp include/modbus/*.h /usr/include
sudo cp lib/* -r /lib -d
后期编译时，可以直接gcc xx.c -lmodbus（和编译有关线程代码一样）
头文件默认搜索路径：/usr/include 、/usr/local/include（之前文章库里的内容）
库文件默认搜索路径：/lib、/usr/lib
2.函数接口
在上面的官方文档里包含所有的函数接口，以下是常用的modbus tcp函数接口，上个文章尝试自己写函数，这里就是使用这些别人写好的库函数（更方便）。
modbus_t* modbus_new_tcp(const char *ip, int port)
功能：以TCP方式创建Modbus实例，并初始化
参数：ip ：ip地址
port：端口号
返回值：成功：Modbus实例
失败：NULL
int modbus_set_slave(modbus_t *ctx, int slave)
功能：设置从机ID
参数：ctx ：Modbus实例
slave：从机ID
返回值：成功：0
失败：-1
int modbus_connect(modbus_t *ctx)
功能：和从机（slave）建立连接
参数：ctx：Modbus实例
返回值：成功：0
失败：-1
void modbus_free(modbus_t *ctx)
功能：释放Modbus实例
参数：ctx：Modbus实例
void modbus_close(modbus_t *ctx)
功能：关闭套接字
参数：ctx：Modbus实例
int modbus_read_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)
功能：读取线圈状态，可读取多个连续线圈的状态（对应功能码为0x01）
参数：ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的状态值
返回值：成功：读到的数量
失败：-1
int modbus_read_input_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)
功能：读取输入状态，可读取多个连续输入的状态（对应功能码为0x02）
参数：ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的状态值
返回值：成功：返回nb的值
失败：-1
int modbus_read_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)
功能：读取保持寄存器的值，可读取多个连续保持寄存器的值（对应功能码为0x03）
参数：ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的寄存器的值
返回值：成功：读到寄存器的个数
失败：-1
int modbus_read_input_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)
功能：读输入寄存器的值，可读取多个连续输入寄存器的值（对应功能码为0x04）
参数：ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的寄存器的值
返回值：成功：读到寄存器的个数
失败：-1
int modbus_write_bit(modbus_t *ctx, int addr, int status);
功能：写入单个线圈的状态（对应功能码为0x05）
参数：ctx ：Modbus实例
addr ：线圈地址
status：线圈状态
返回值：成功：1
失败：-1
int modbus_write_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint8_t *src);
功能：写入多个连续线圈的状态（对应功能码为15）
参数：ctx ：Modbus实例
addr ：线圈地址
nb ：线圈个数
src ：多个线圈状态
返回值：成功：写入的数量
失败：-1
int modbus_write_register(modbus_t *ctx, int addr, int value);
功能： 写入单个寄存器（对应功能码为0x06）
参数： ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器地址
value ：寄存器的值
返回值：成功：1
失败：-1
int modbus_write_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint16_t *src);
功能：写入多个连续寄存器（对应功能码为16）
参数：ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器地址
nb ：寄存器的个数
src ：多个寄存器的值
返回值：成功：写入的数量
失败：-1
有关读取浮点的就不全举例了，感兴趣可以去查看官方文档
float modbus_get_float_dcba(const uint16_t *src)
功能：读取浮点类型的数据
参数：src：读到数据的存放数组
返回值：转换后的浮点类型
编程
从上往下写就可以连接到Modbus Slave，ip要写主机的IP地址，不要写成虚拟机的IP地址。，你要是在虚拟机运行的Modbus Slave，那就可以写虚拟机地址。
编程步骤
1.创建实例
2.设置从机ID
3.建立连接
4.寄存器操作（按需选择）
5.关闭套接字
6.释放实例
编程实现
1.基础步骤实现：
#include <modbus.h>
#include <stdio.h>int main(int argc, char const *argv[])
{char ip[128] = {"192.168.50.224"}; //IPint port = 502; //端口号int slave = 1; //从机地址int addr = 0x0000; //寄存器地址int nb = 0x0002; //寄存器数uint16_t dest[12] = {0}; //接收数组// 创建实例// IP与端口号可作为命令行传参modbus_t *modbus = modbus_new_tcp(ip, port);if (modbus == NULL){perror("err\n");return -1;}//设置从机IDmodbus_set_slave(modbus, slave); //建立连接int con = modbus_connect(modbus);if (con == -1){perror("con:\n");return -1;}//寄存器操作int read = modbus_read_registers(modbus, addr, nb, dest);if (read == -1){perror("read:\n");return -1;}for (int i = 0; i < read; i++){printf("%d ", dest[i]);}putchar(10);//关闭套接字modbus_close(modbus);//释放实例modbus_free(modbus);return 0;
}
2.数据采集小项目：
编程实现采集传感器数据和控制硬件设备（传感器和硬件通过slave模拟）
传感器：2个，光线传感器、加速度传感器（x\y\z）
硬件设备：2个，led灯、蜂鸣器
要求：
1.多任务编程：建议多线程
2.循环1s采集一次数据，并将数据打印至终端
3.同时从终端输入指令控制硬件设备
0 1：led灯打开
0 0：led灯关闭
1 1：蜂鸣器开
1 0：蜂鸣器关
#include <stdio.h>
#include <modbus.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>void *handler1(void *arg){ //内不含阻塞，相当于后台运行uint8_t dest1[32] = {0};uint16_t dest2[32] = {0};modbus_t *modbusid = (modbus_t *)arg;int size = 0;while(1){ //读取线圈状态size = modbus_read_bits(modbusid,0,2,dest1);if(size == -1){ //容错判断perror("modbus_read_registers err");break;}printf("ＬＥＤ：%02x 蜂鸣器：%02x\n",dest1[0],dest1[1]);//查询寄存器数值size = modbus_read_registers(modbusid,0,2,dest2);if(size == -1){ //容错判断perror("modbus_read_registers err");break;}printf("温度传感器：%02x 加速度传感器：%02x\n",dest2[0],dest2[1]);sleep(5); //5秒打印一次}
}void *handler2(void *arg){ //用于执行写操作，需要输入指令modbus_t *modbusid = (modbus_t *)arg;int addr,nb,status;int a = 0; //标志操作05,06while(1){scanf("%d",&a); //选择操作if(a == 5){ //操作单个线圈scanf("%d %d",&addr,&status);modbus_write_bit(modbusid,addr,status);}else if(a == 6){ //操作单个寄存器scanf("%d %d",&addr,&nb);modbus_write_register(modbusid,addr,nb);}if(a == -1)break;}
}int main(int argc, const char *argv[])
{//创建实例modbus_t *modbusid = modbus_new_tcp("192.168.43.148",502);if(modbusid == NULL){perror("modbus_new_tcp err");return -1;}//设置从机IDint slave = 1;if(modbus_set_slave(modbusid,slave) == -1){perror("modbus_set_slave err");return -1;}//建立连接if(modbus_connect(modbusid) == -1){perror("modbus_connect err");return -1;}//寄存器操作pthread_t ptid1;pthread_create(&ptid1,NULL,handler1,modbusid); //创建第一个线程pthread_detach(ptid1);pthread_t ptid2;pthread_create(&ptid2,NULL,handler2,modbusid); //创建第二个线程pthread_join(ptid2,NULL);//关闭套接字modbus_close(modbusid);//释放实例modbus_free(modbusid);return 0;
}五秒打印一次，终端还可以输入命令取改变寄存器和线圈值
