Modbus_TCP在Android与STM32F4上的应用
今天记录的是在学习了Modbus_RTU之后学习学习Modbus_TCP,并通过android系统的APP读写保持寄存器。
一、引言
为了学习为了学习为了学习。重要的事情说三遍。好了，that's over.
二、实验目的
为了实现移动端与终端的数据通信，应用MODBUS的通信协议，实现单片机与手机端的数据通信。
三、实验器材
硬件：1、原子哥的STM32F429IGTx开发板。2、安卓手机一部
软件：1、MDK5。2、STM32CUBEMX。3、Android Studio
四、实验原理
本实验的实验原理主要分为通信协议部分、硬件部分、软件部分。
1、modbus通信协议
modbus是很久以前的通信协议了。大概给介绍一下。
Modbus协议包括两个通信规程中使用的MODBUS应用层和服务规范
a.串行链路的RTU协议（这个在之前介绍过）
b.TCP/IP上的MODBUS。
上图是MODBUS的IOS层模型的两个通信规程。本次实验主要介绍的就是Modbus on TCP.modbus是OSI模型的第七层报文传输协议，它连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。MODBUS是一个请求/应答协议，并提供功能码规定的服务。本文将介绍MODBUS协议的各个功能码，并主要介绍本实验用到的读写寄存器的功能码。
下面是关于MODBUS协议允许在各种网络体系结构内进行简单通信。包括PLC、HMI以及一些IO口通信
MODBUS协议是通过报文传输数据，报文的结构是由地址域、功能码、数据和差错校验组成的。一般情况下Modbus是使用CRC校验的，但是在实际的使用中，Modbus_TCP是不用CRC校验的。因为TCP协议本身就存在校验+重传功能，所以MODBUS协议在TCP的应用上是不需要CRC校验的。
下图是modbus的数据帧结构
因为modbus是请求/应答的形式，所以在整个通信协议当中存在主站和从站，而且是一个主站+多个从站的组合形式。而且通信都是modbus主站发送查询指令，然后从站根据主站发送过来的功能码进行相应的操作。
当服务器对客户机响应时，它使用功能码来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。对于一个正常响应来说，服务器仅对原始功能码响应。
下图分别是对正常响应以及异常响应的解析图。
关于modbus的一个逻辑流程图如下：
modbus的功能码有三个类型，分别是公共功能码、用户定义功能码、保留功能码。在这里主要使用的是公共功能码，便介绍公共功能码，至于其他功能码请自行翻阅modbus通信协议。
公共功能码一共有13个。其中有单个比特访问、16个比特访问、文件记录访问以及封装借口。
在这里主要应用的就是对保持寄存器的读写。因此主要使用的功能码就是03读保持寄存器功能码，以及06写单个寄存器功能码。
1.03 （0x03)读保持寄存器
在一个远程设备中，，使用该功能码读取保持寄存器连续块的内容。请求PDU说明了起始寄存器地址和寄存器数量。从零开始寻址寄存器。因此，寻址寄存器1-16为0-15.
将响应报文中的寄存器数据围城每个寄存器有两字节，在每个字节中直接地调整二进制内容。对于每个寄存器，第一个字节包括高位，并且第二个字节也包括低位比特。
下图是一个请求读寄存器108-110的实例：
将寄存器108的内容表示为两个十六进制字节值022B，或十进制555。将寄存器109-110的内容分别表示为十六进制0000和0064，或者十进制0和100。
2、06（0x06)
（偷点懒，直接上图。请大佬自行理解）
关于modbus大概就介绍到这里了，详细具体的细节还请自行了解modbus协议。如若有需要文档的，可以文末留言邮箱。
2、硬件
因本实验所用硬件载体为原子的阿波罗开发板STM32F429IGTx。是在STM32CUBEMX开发平台上配置相应的功能。由于是TCP/IP，而在开发板上只能板载轻型的TCP/IP协议即LWIP。下面是在CUBEMX上一些相应的配置。
使能ETH
由于要用到网络，需要用到操作系统，这里使能的是FREE RTOS
关于LWIP的使能，就是大概介绍一下
主要的都在这里了，毕竟是之前介绍过，就不具体详细讲了。如果不了解想知道的话可以看之前的博客。
https://mp.csdn.net/postedit/90084421
至于时钟树的配置都是不超过限定钟频即可。
关于硬件的配置就大体记录到这里了。
3、软件
软件这一部分包括开发板的程序以及安卓端的APP程序。
(1)开发板软件部分
在这里主要是移植了MODBUS的协议包。说实话，modbus_tcp比RTU简单超多，基本上把协议包移植过去就能直接使用了
协议包的内容我就不具体讲了，有需要的可以留言邮箱。都是根据Modbus协议转换成的代码。我也会把这个发到github上，有需要的可以自行下载。链接见文末。
在rtos的空闲任务队列中，加入两行代码
void TCPTask02(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN TCPTask02 */
eMBTCPInit(0);
eMBEnable();
/* Infinite loop */
for(;;)
{
//socket_server_init();
eMBPoll();
osDelay(1);
}
/* USER CODE END TCPTask02 */
}
关于这两个函数的详细代码
#if MB_TCP_ENABLED > 0
eMBErrorCode
eMBTCPInit( USHORT ucTCPPort )
{
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
if( ( eStatus = eMBTCPDoInit( ucTCPPort ) ) != MB_ENOERR )
{
eMBState = STATE_DISABLED;
}
else if( !xMBPortEventInit( ) )
{
/* Port dependent event module initalization failed. */
eStatus = MB_EPORTERR;
}
else
{
pvMBFrameStartCur = eMBTCPStart;
pvMBFrameStopCur = eMBTCPStop;
peMBFrameReceiveCur = eMBTCPReceive;
peMBFrameSendCur = eMBTCPSend;
pvMBFrameCloseCur = MB_PORT_HAS_CLOSE ? vMBTCPPortClose : NULL;
ucMBAddress = MB_TCP_PSEUDO_ADDRESS;
eMBCurrentMode = MB_TCP;
eMBState = STATE_DISABLED;
}
return eStatus;
}
#endif
eMBEnable( void )
{
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
if( eMBState == STATE_DISABLED )
{
/* Activate the protocol stack. */
pvMBFrameStartCur( );
eMBState = STATE_ENABLED;
}
else
{
eStatus = MB_EILLSTATE;
}
return eStatus;
}
eMBPoll( void )
{
static UCHAR *ucMBFrame;
static UCHAR ucRcvAddress;
static UCHAR ucFunctionCode;
static USHORT usLength;
static eMBException eException;
int i;
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
eMBEventType eEvent;
/* Check if the protocol stack is ready. */
if( eMBState != STATE_ENABLED )
{
return MB_EILLSTATE;
}
/* Check if there is a event available. If not return control to caller.
* Otherwise we will handle the event. */
if( xMBPortEventGet( &eEvent ) == TRUE )
{
switch ( eEvent )
{
case EV_READY:
break;
case EV_FRAME_RECEIVED:
eStatus = peMBFrameReceiveCur( &ucRcvAddress, &ucMBFrame, &usLength );
if( eStatus == MB_ENOERR )
{
/* Check if the frame is for us. If not ignore the frame. */
if( ( ucRcvAddress == ucMBAddress ) || ( ucRcvAddress == MB_ADDRESS_BROADCAST ) )
{
( void )xMBPortEventPost( EV_EXECUTE );
}
}
break;
case EV_EXECUTE:
ucFunctionCode = ucMBFrame[MB_PDU_FUNC_OFF];
eException = MB_EX_ILLEGAL_FUNCTION;
for( i = 0; i < MB_FUNC_HANDLERS_MAX; i++ )
{
/* No more function handlers registered. Abort. */
if( xFuncHandlers[i].ucFunctionCode == 0 )
{
break;
}
else if( xFuncHandlers[i].ucFunctionCode == ucFunctionCode )
{
eException = xFuncHandlers[i].pxHandler( ucMBFrame, &usLength );
break;
}
}
/* If the request was not sent to the broadcast address we
* return a reply. */
if( ucRcvAddress != MB_ADDRESS_BROADCAST )
{
if( eException != MB_EX_NONE )
{
/* An exception occured. Build an error frame. */
usLength = 0;
ucMBFrame[usLength++] = ( UCHAR )( ucFunctionCode | MB_FUNC_ERROR );
ucMBFrame[usLength++] = eException;
}
if( ( eMBCurrentMode == MB_ASCII ) && MB_ASCII_TIMEOUT_WAIT_BEFORE_SEND_MS )
{
vMBPortTimersDelay( MB_ASCII_TIMEOUT_WAIT_BEFORE_SEND_MS );
}
eStatus = peMBFrameSendCur( ucMBAddress, ucMBFrame, usLength );
}
break;
case EV_FRAME_SENT:
break;
}
}
return MB_ENOERR;
}
这些就是在此程序中应用到的主要代码了。就不逐句分析了。
[协议包的链接放这里吧]
（2）APP端程序
下面是关于app的GUI的代码
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="match_parent" android:layout_height="64dp"
android:orientation="horizontal"
android:paddingLeft="16dp"
android:paddingRight="16dp"
android:paddingBottom="8dp"
android:paddingTop="8dp"
>
<TextView
android:id="@+id/textView"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:text="name"
android:layout_weight="1"
android:layout_gravity="left"
android:gravity="center"
android:textSize="@dimen/textsize_edit"
android:textColor="@color/black"
android:background="@color/white"/>
<EditText
android:id="@+id/editText"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:hint="请输入值"
android:textColorHint="@color/text_hint"
android:textColor="@color/text_hint"
android:layout_weight="1"
android:layout_gravity="right"
android:gravity="center"
android:textSize="@dimen/textsize_edit"
android:background="@drawable/bg_edittext"
/>
</LinearLayout>
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout
xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:orientation="horizontal"
android:layout_width="match_parent"
android:gravity="center"
android:paddingLeft="16dp"
android:paddingRight="16dp"
android:paddingBottom="8dp"
android:paddingTop="8dp"
android:layout_height="64dp"
>
<TextView
android:id="@+id/item_alise"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:gravity="center"
android:layout_weight="1"
android:text="地址"
android:textSize="@dimen/textsize_edit"
android:textColor="@color/black"
android:background="@color/white"/>
<View
android:layout_width="1dp"
android:layout_height="match_parent"
android:background="@color/gray" />
<TextView
android:id="@+id/item_value"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:gravity="center"
android:layout_alignParentRight="true"
android:layout_weight="1"
android:text="值"
android:textColor="@color/black"
android:textSize="@dimen/textsize_edit"
android:background="@color/white"/>
</LinearLayout>
这个是一部分，由于我使用是直接用GUI编写,所以对于代码没有深入的研究，就不做过多的讲解了，希望有大佬给讲解一下。
package com.example.administrator.modbustcp.activity;
import android.os.Bundle;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.util.Log;
import com.example.administrator.modbustcp.Interface.ResultListener;
import com.example.administrator.modbustcp.R;
import com.serotonin.modbus4j.ModbusFactory;
import com.serotonin.modbus4j.ModbusMaster;
import com.serotonin.modbus4j.exception.ModbusInitException;
import com.serotonin.modbus4j.exception.ModbusTransportException;
import com.serotonin.modbus4j.ip.IpParameters;
import com.serotonin.modbus4j.msg.ModbusRequest;
import com.serotonin.modbus4j.msg.ModbusResponse;
import com.serotonin.modbus4j.msg.ReadHoldingRegistersRequest;
import com.serotonin.modbus4j.msg.WriteRegistersRequest;
import com.serotonin.modbus4j.msg.WriteRegistersResponse;
import com.serotonin.util.queue.ByteQueue;
import java.util.ArrayList;
public class TestActivity extends AppCompatActivity implements ResultListener {
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState){
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
final short[] shorts = new short[2];
shorts[0]=1;
shorts[1]=2;
final boolean[] values = new boolean[2];
values[0]=true;
values[1]=true;
// modbusWTCP("192.168.1.200",502,1,100,shorts);
// modbusRTCP("192.168.1.158",502, 100,10);
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// Coil_Status.coilStatusWrite("192.168.1.158", 502, 1, 100, values);
// Coil_Status.coilStatusRead("192.168.1.158",502,1,100,10,TestActivity.this);
// Input_Status.inputStatusRead("192.168.1.158", 502, 1, 100, 10);
// Holding_Register.holdingRegisterRead("192.168.1.158", 502, 1, 100, 10);
// Holding_Register.holdingRegisterWrite("192.168.1.158", 502, 1, 100, shorts);
// Input_Registers.inputRegisterRead("192.168.1.158", 502, 1, 100, 10);
// Log.e("TAG","===========================");
}
}).start();
}
public void modbusWTCP(String ip, int port, int slaveId, int start, short[] values) {
ModbusFactory modbusFactory = new ModbusFactory();
// 设备ModbusTCP的Ip与端口，如果不设定端口则默认为502
IpParameters params = new IpParameters();
params.setHost(ip);
if (502 != port) {
params.setPort(port);
}// 设置端口，默认502
ModbusMaster tcpMaster = null;
// 参数1：IP和端口信息 参数2：保持连接激活
tcpMaster = modbusFactory.createTcpMaster(params, true);
try {
tcpMaster.init();
System.out.println("===============" + 1111111);
} catch (ModbusInitException e) {
System.out.println("11111111111111==" + "此处出现问题了啊!");
// 如果出现了通信异常信息，则保存到数据库中
// CommunityExceptionRecord cer = new CommunityExceptionRecord();
// cer.setDate(new Date());
//cer.setIp(ip);
// cer.setRemark(bgName+"出现连接异常");
// batteryGroupRecordService.saveCommunityException(cer);
}
try {
WriteRegistersRequest request = new WriteRegistersRequest(slaveId, start, values);
WriteRegistersResponse response = (WriteRegistersResponse) tcpMaster.send(request);
if (response.isException())
System.out.println("Exception response: message=" + response.getExceptionMessage());
else
System.out.println("Success");
} catch (ModbusTransportException e) {
e.printStackTrace();
}
finally {
tcpMaster.destroy();
}
}
public ByteQueue modbusRTCP(String ip, int port, int start,int readLenth) {
ModbusFactory modbusFactory = new ModbusFactory();
// 设备ModbusTCP的Ip与端口，如果不设定端口则默认为502
IpParameters params = new IpParameters();
params.setHost(ip);
if(502!=port){params.setPort(port);}//设置端口，默认502
ModbusMaster tcpMaster = null;
tcpMaster = modbusFactory.createTcpMaster(params, true);
try {
tcpMaster.init();
System.out.println("==============="+1111111);
} catch (ModbusInitException e) {
Log.e("TAG",e.getMessage());
return null;
}
ModbusRequest modbusRequest=null;
try {
modbusRequest = new ReadHoldingRegistersRequest(1, start, readLenth);//功能码03
} catch (ModbusTransportException e) {
Log.e("TAG","2");
e.printStackTrace();
}
ModbusResponse modbusResponse=null;
try {
modbusResponse = tcpMaster.send(modbusRequest);
} catch (ModbusTransportException e) {
Log.e("TAG","3");
e.printStackTrace();
}
ByteQueue byteQueue= new ByteQueue(12);
modbusResponse.write(byteQueue);
Log.e("TAG", "功能码:" + modbusRequest.getFunctionCode());
Log.e("TAG","从站地址:"+modbusRequest.getSlaveId());
Log.e("TAG","收到的响应信息大小:"+byteQueue.size());
Log.e("TAG", "收到的响应信息值:" + byteQueue);
Log.e("TAG", "收到的数值:" + modbusResponse.getExceptionCode());
Log.e("TAG", "收到的数值:" + modbusResponse.getExceptionMessage());
Log.e("TAG", "收到的数值:" + modbusResponse.getFunctionCode());
Log.e("TAG", "收到的数值:" + byteQueue.pop());
return byteQueue;
}
@Override
public ArrayList<String> result(ArrayList<String> dataList, String ip, int port, int slaveId, int start, int type) {
return null;
}
@Override
public void onToast(String msg) {
}
}
这个是关于在android上协议内容的一部分、
五、验证
基本上介绍到这里了吧。有需要要APP端的可以留个邮箱。
编译下载到开发板上，插上网线。
在PC端的， 按windows+r 输入ping 172.16.108.179（这个ip地址是在工程里面设定的，我在这里设的就是这个ip地址）
验证能用。然后就是手机app端
这个是app端的界面，连到同一个局域网，然后输入ip地址，点击读写
就看有读取到之前存在保持寄存器里面的数据了。
然后进行写数据
ok，fine.验证成功。好的，今天的实验记录在这里了。如有什么不对的地方请大佬们不吝赐教，留言或私聊，谢谢。
欢迎转载，注明出处即可！谢谢！