FreeModbus协议分析

1.   FreeModbus协议分析

协议必须首先调用初始化功能eMBinit()函数。后调用eMBEnable(),最后,在循环体或者单独一个任务中调用eMBPoll()函数。

2.   应用层协议

2.1.     系统的启动

2.1.1.   eMBInit()函数的源码分析

RTU方式为例,首先,检查调用的地址是否合法。如不合法,返回错误。如果合法则继续执行,

首先,针对RTU方式还是ASCII方式,选择不同的编译模块。

对需要调用的函数指针进行复制。如果移植需要改变其他用途,则要修改相应的指针,包括如下赋值:

            pvMBFrameStartCur = eMBRTUStart;

            pvMBFrameStopCur = eMBRTUStop;

            peMBFrameSendCur = eMBRTUSend;

            peMBFrameReceiveCur = eMBRTUReceive;

            pvMBFrameCloseCur = MB_PORT_HAS_CLOSE ? vMBPortClose : NULL;

            pxMBFrameCBByteReceived = xMBRTUReceiveFSM;

            pxMBFrameCBTransmitterEmpty = xMBRTUTransmitFSM;

            pxMBPortCBTimerExpired = xMBRTUTimerT35Expired;

然后调用eStatus = eMBRTUInit( ucMBAddress, ucPort, ulBaudRate, eParity );具体初始化通讯端口。

2.1.2.   eMBRTUInit

eMBRTUInit这个函数主要干两件事:

第一,   初始化串口:   

if( xMBPortSerialInit( ucPort, ulBaudRate, 8, eParity ) != TRUE )

{

   eStatus = MB_EPORTERR;

}

这个函数在portserial.c中,需要用户在移植的时候根据自己的处理器编写。

第二,   初始化计时器:首先要根据波特率计算一下是3.5~5.0个字节周期的时间,然后再调用xMBPortTimersInit( ( USHORT ) usTimerT35_50us ),初始化计时器。这个函数在porttimer.c中,需要用户在移植的时候根据自己的处理器编写。

2.1.3.   eMBEnable源码分析

首先,看看Modbus功能是否是被关闭的,如果不是被关闭(可能是没有被初始化或者已经打开),就返回错误。

如果是disable状态,就干下面两件事:

l  调用pvMBFrameStartCur()。由于这是个函数指针,在模块eMBInit中,指向了eMBRTUStart函数

n  在源代码中有这样一段注释:,意思是,首先设置成STATE_RX_INIT,然后打开计时器,等待t3.5以后,进入STATE_RX_IDLE状态。

n  看源代码中,首先有设置Receiver的状态,后调用vMBPortSerialEnable,设置接收状态,然后打开定时器。

n  当定时器中断后,自动调用中断服务程序,在中断服务程序中,只调用了pxMBPortCBTimerExpired,而这是一个函数指针,在RTU方式初始化时,被指向了xMBRTUTimerT35Expired()函数。

n  xMBRTUTimerT35Expired函数在mbrtu.c中,在这里,我们只看第一种方式,就是进入初始化状态,在t35时间以后,只调用了一个xNeedPoll = xMBPortEventPost( EV_READY );

n  xMBPortEventPost函数就是在事件队列里加了一个EV_RDY事件。

l  然后,将eMB状态改为使能状态,

l  初始化结束。

2.2.     总线侦听eMBPoll()

首先,判断系统是否被使能,如果没有,则返回错误值。

然后,检查是否有事件发生,如果有,则根据不同类型的事件响应:

l  如果是EV_RDY,表示系统刚刚进入侦听状态,则什么都不做;

l  如果状态为EV_FRAME_RECEIVED,也就是接收到完整的帧,做下面两件事情:

n  调用eStatus=peMBFrameReceiveCur( &ucRcvAddress, &ucMBFrame, &usLength )。这是一个函数指针,在eMBInit中,被初始化指向eMBRTUReceive

n  eMBRTUReceive这个函数首先校验帧的长度和CRC,然后从协议中解析出地址、数据和长度。

n  然后检查地址,如果是广播地址或者是本机地址,就调用xMBPortEventPost( EV-EXECUTE),将接收器的状态更改为EV_EXECUTE

l  如果状态为EV_EXECUTE,就在函数列表中检查,有没有与命令字段相符合的函数来解析相应则执行该函数,否则返回非法功能代码。

2.3.  数据发送

发送数据通过指针eMBRTUSend,调用eMBRTUSend函数。

2.3.1.   eMBRTUSend函数

这个函数的作用就是打包,将数据打包成帧。

l  首先,检查接收状态。因为MODBUS是基于RS-485半双工通讯,所以当正在接收数据时,不发送该帧。

l  如果总线空,就将数据打包,将地址和CRC加入数据帧

l  将总线状态改为发送。

2.4.  功能注册

l  对于指定的功能代码,需要一个功能回调函数来处理,格式如下。

eMBException eMXXXXXX ( UCHAR * pucFrame, USHORT * usLen )

l  需要通过函数eMBRegisterCB(功能代码,函数名)加到处理代码中。具体源码分析从略。

2.4.1.   prvvUARTTxReadyISR()

总线状态改为发送后,会在发送缓冲时,自动调用prvvUARTTxReadyISR()中断服务程序。prvvUARTTxReadyISR()只调用了一个函数,就是pxMBFrameCBTransmitterEmpty ()

2.4.2.   pxMBFrameCBByteReceived ()

pxMBFrameCBTransmitterEmpty ()是一个指针,指向了xMBRTUTransmitFSM函数。

3.   数据链路层协议

数据链路层是最基本的打包部分,将数据打包成帧,送到应用层。在数据链路层协议中,使用中断方式来接受。那么每次接收到字符就自动调用接收字符的ISR程序。按照规定,应该将中断服务程序安装给prvvUARTRxISR(void)函数。实际上这个函数只调用了一个函数:

pxMBFrameCBByteReceived(),这个指针调用了xMBRTUReceiveFSM函数。

3.1.  xMBRTUReceiveFSM()函数

函数首先检查是不是处于发送状态。如果处于发送状态,直接退出。

l  首先调用xMBPortSerialGetByte( ( CHAR * ) & ucByte ),获取从串口读到的字符。

l  然后检查接受状态:

n  如果是错误状态或者处于初始化状态,那么直接等待,错过该帧。

n  如果是STATE_RX_IDLE空闲状态,则将指针重置,将收到的第一个字节存储到缓冲区,并将状态改为STATE_RX_RCV状态。

n  如果处于接收状态,就判断,如果缓冲区未满,就将收到的字节放入缓冲区,否则改为错误状态。

l  不管在任何状态,最后都开启了t35计时器。在t35结束的时候,通过指针调用了xMBRTUTimerT35Expired()函数。

l  xMBRTUTimerT35Expired()函数检查状态,如果是接收状态那就表明,已经有t35这么长的时间里,没有收到任新字节,当前的帧结束。在队列里增加一个EV_FRAME_RECEIVED事件。

l  如果是错误状态,什么都不做。

l  然后关掉计时器,将状态改为空闲。

3.2.  xMBRTUTransmitFSM()函数

xMBRTUTransmitFSM首先判断总线是否忙,如果忙,则终止。如果不忙,则继续,根据发送状态变量:

l  如果当前为STATE_TX_IDLE(空闲)状态,则打开端口发送

l  如果当前状态为STATE_TX_XMIT,则进一步判断发送队列是否为空,

n  如果不空,则发送下一个字符

n  如果空,说明发送完成,关闭发送端口,改为侦听,并将状态改为空闲。

4.   传输控制

除了传输控制以外,还有传输控制的若干函数。通过下面几个指针来调用:

         pvMBFrameStopCur()

         pvMBFrameCloseCur()

4.1.  pvMBFrameStopCur()函数

pvMBFrameStopCur是一个函数指针,在RTU方式下,它指向eMBRTUStop()函数。该函数做下面几件事情:

l  关闭侦听和发送

l  关闭定时器

4.2.  pvMBFrameCloseCur()函数

这个指针指向一个叫做vMBPortClose()的函数,该函数目前只有在mbport.h中的声明,而没有实现。需要等到后面的版本再实现

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