STM32 移植FreeModbus 详细过程
一 整体代码
下面给出一个STM32平台上使用FREEMODBUS最简单的例子，操作保持寄存器，此时操作指令可以为03，06和16；
#include "stm32f10x.h"
#include
#include "mb.h"
#include "mbutils.h"
//保持寄存器起始地址
#define REG_HOLDING_START 0x0000
//保持寄存器数量
#define REG_HOLDING_NREGS 8
//保持寄存器内容
uint16_t usRegHoldingBuf[REG_HOLDING_NREGS]
= {0x147b,0x3f8e,0x147b,0x400e,0x1eb8,0x4055,0x147b,0x408e};
int main(void)
{
//初始化 RTU模式 从机地址为1 USART1 9600 无校验
eMBInit(MB_RTU, 0x01, 0x01, 9600, MB_PAR_NONE);
//启动FreeModbus
eMBEnable();
while (1)
{
//FreeMODBUS不断查询
eMBPoll();
}
}
/**
* @brief 保持寄存器处理函数，保持寄存器可读，可读可写
* @param pucRegBuffer 读操作时--返回数据指针，写操作时--输入数据指针
* usAddress 寄存器起始地址
* usNRegs 寄存器长度
* eMode 操作方式，读或者写
* @retval eStatus 寄存器状态
*/
eMBErrorCode
eMBRegHoldingCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs,
eMBRegisterMode eMode )
{
//错误状态
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
//偏移量
int16_t iRegIndex;
//判断寄存器是不是在范围内
if( ( (int16_t)usAddress >= REG_HOLDING_START ) \
&& ( usAddress + usNRegs <= REG_HOLDING_START + REG_HOLDING_NREGS ) )
{
//计算偏移量
iRegIndex = ( int16_t )( usAddress - REG_HOLDING_START);
switch ( eMode )
{
//读处理函数
case MB_REG_READ:
while( usNRegs > 0 )
{
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] >> 8 );
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] & 0xFF );
iRegIndex++;
usNRegs--;
}
break;
//写处理函数
case MB_REG_WRITE:
while( usNRegs > 0 )
{
usRegHoldingBuf[iRegIndex] = *pucRegBuffer++ << 8;
usRegHoldingBuf[iRegIndex] |= *pucRegBuffer++;
iRegIndex++;
usNRegs--;
}
break;
}
}
else
{
//返回错误状态
eStatus = MB_ENOREG;
}
return eStatus;
}
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先给大家一个整体的印象，先让大家会使用FREEMODBUS，再详细描述细节
//保持寄存器起始地址
#define REG_HOLDING_START 0x0000
//保持寄存器数量
#define REG_HOLDING_NREGS 8
这两个宏定义，决定了保持寄存器的起始地址和总个数。需要强调的是，modbus寄存器的地址有两套规则，一套称为PLC地址，为5位十进制数，例如40001。另一套是协议地址，PLC地址40001意味着该参数类型为保持寄存器，协议地址为0x0000，这里面有对应关系，去掉PLC地址的最高位，然后剩下的减1即可。这会存在一个问题，PLC地址30002和PLC地址40002的协议地址同为0x0001，此时访问时是不是会冲突呢。亲们，当然不会了，30001为输入寄存器，需要使用04指令访问，而40001为保持寄存器，可以使用03、06和16指令访问。所以，用好modbus还是要熟悉协议本生，切不可着急。
//保持寄存器内容
uint16_t usRegHoldingBuf[REG_HOLDING_NREGS]
= {0x147b,0x3f8e,0x147b,0x400e,0x1eb8,0x4055,0x147b,0x408e};
接下来定义了保持寄存器的内容，在这里请大家注意了，保持寄存器为无符号16位数据。在测试的情况下，我随便找了一些数据进行测试。看数据的本质似乎看不出说明规律，但是usRegHoldingBuf却是以16进制保存了浮点数。
int main(void)
{
//初始化 RTU模式 从机地址为1 USART1 9600 无校验
eMBInit(MB_RTU, 0x01, 0x01, 9600, MB_PAR_NONE);
//启动FreeModbus
eMBEnable();
while (1)
{
//FreeMODBUS不断查询
eMBPoll();
}
}
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接下来就进入主函数部分。有三个FREEMODBUS提供的函数，eMBInit，eMBEnable和eMBPoll。eMBInit为modbus的初始化函数，eMBEnable为modbus的使能函数，而eMBPoll为modbus的查询函数，eMBPoll也是非常单纯的函数，查询是否有数据帧到达，如果有数据到达，便进行相依的处理。再次观察这几个函数，只有eMBInit有很多的参数，这些参数和位于系统底层的硬件有关，这个应该引起移植过程的更多关注。下面几个章节再议。
eMBErrorCode
eMBRegHoldingCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs,
eMBRegisterMode eMode )
{
//错误状态
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
//偏移量
int16_t iRegIndex;
//判断寄存器是不是在范围内
if( ( (int16_t)usAddress >= REG_HOLDING_START ) \
&& ( usAddress + usNRegs <= REG_HOLDING_START + REG_HOLDING_NREGS ) )
{
//计算偏移量
iRegIndex = ( int16_t )( usAddress - REG_HOLDING_START);
switch ( eMode )
{
//读处理函数
case MB_REG_READ:
while( usNRegs > 0 )
{
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] >> 8 );
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] & 0xFF );
iRegIndex++;
usNRegs--;
}
break;
//写处理函数
case MB_REG_WRITE:
while( usNRegs > 0 )
{
usRegHoldingBuf[iRegIndex] = *pucRegBuffer++ << 8;
usRegHoldingBuf[iRegIndex] |= *pucRegBuffer++;
iRegIndex++;
usNRegs--;
}
break;
}
}
else
{
//返回错误状态
eStatus = MB_ENOREG;
}
return eStatus;
}
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最后，如果收到一个有效的数据帧，那么就可以开始处理了。
第一步，判断寄存器的地址是否在合法的范围内。
if( ( (int16_t)usAddress >= REG_HOLDING_START ) \
&& ( usAddress + usNRegs <= REG_HOLDING_START + REG_HOLDING_NREGS ) )
第二步，判断需要操作寄存器的偏移地址。
给个例子可以迅速的说明问题，例如访问寄存器的起始地址为0x0002，保持寄存器的起始地址为0x0000，那么这个访问的偏移量为2，程序就从保持寄存器数组的第2个（从0开始）开始操作。
第三步，读写操作分开处理
case MB_REG_READ:
while( usNRegs > 0 )
{
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] >> 8 );
*pucRegBuffer++ = ( uint8_t )( usRegHoldingBuf[iRegIndex] & 0xFF );
iRegIndex++;
usNRegs--;
}
break;
以读操作为例，代码不多说了，请大家注意操作的顺序。保持寄存器以16位形式保存，但是modbus通信时以字节为单位，高位字节数据在前，低位数据字节在后。
四 串口相关部分代码编写
串口部分的代码编写比较常规，主要有三个函数，串口初始化，串口数据发送和串口数据接收。除了以上三个函数之外，还有串口中断服务函数。
/**
* @brief 串口初始化
* @param ucPORT 串口号
* ulBaudRate 波特率
* ucDataBits 数据位
* eParity 校验位
* @retval None
*/
BOOL
xMBPortSerialInit( UCHAR ucPORT, ULONG ulBaudRate, UCHAR ucDataBits, eMBParity eParity )
{
(void)ucPORT; //不修改串口
(void)ucDataBits; //不修改数据位长度
(void)eParity; //不修改校验格式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
//使能USART1，GPIOA
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |
RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
//GPIOA9 USART1_Tx
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//GPIOA.10 USART1_Rx
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮动输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
USART_InitStructure.USART_BaudRate = ulBaudRate; //只修改波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
//串口初始化
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//使能USART1
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
//设定USART1 中断优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//最后配置485发送和接收模式
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);
//GPIOD.8
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
return TRUE;
}
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传入的参数有端口号，波特率，数据位和校验位，可以根据实际的情况修改代码。在这里我并没有修改其他参数，至于传入的波特率是有效的。除了配置串口的相关参数之外，还需要配置串口的中断优先级。最后，由于使用485模式，还需要一个发送接收控制端，该IO配置为推挽输出模式。
/**
* @brief 控制接收和发送状态
* @param xRxEnable 接收使能、
* xTxEnable 发送使能
* @retval None
*/
void
vMBPortSerialEnable( BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable )
{
if(xRxEnable)
{
//使能接收和接收中断
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
//MAX485操作 低电平为接收模式
GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);
}
else
{
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, DISABLE);
//MAX485操作 高电平为发送模式
GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);
}
if(xTxEnable)
{
//使能发送完成中断
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);
}
else
{
//禁止发送完成中断
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, DISABLE);
}
}
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由于485使用半双工模式，从机一般处于接收状态，有数据发送时才会进入发送模式。在FreeModbus中有专门的控制接收和发送状态的函数，在这里不但可以打开或关闭接收和发送中断，还可以控制485收发芯片的发送接收端口。代码非常简单，但是还是建议各位使用发送完成中断。
BOOL
xMBPortSerialPutByte( CHAR ucByte )
{
//发送数据
USART_SendData(USART1, ucByte);
return TRUE;
}
BOOL
xMBPortSerialGetByte( CHAR * pucByte )
{
//接收数据
*pucByte = USART_ReceiveData(USART1);
return TRUE;
}
xMBPortSerialPutByte和xMBPortSerialGetByte两个函数用于串口发送和接收数据，在这里只要调用STM32的库函数即可。
static void prvvUARTTxReadyISR( void )
{
//mb.c eMBInit函数中
//pxMBFrameCBTransmitterEmpty = xMBRTUTransmitFSM
//发送状态机
pxMBFrameCBTransmitterEmpty();
}
static void prvvUARTRxISR( void )
{
//mb.c eMBInit函数中
//pxMBFrameCBByteReceived = xMBRTUReceiveFSM
//接收状态机
pxMBFrameCBByteReceived();
}
void USART1_IRQHandler(void)
{
//发生接收中断
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
{
prvvUARTRxISR();
//清除中断标志位
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
}
//发生完成中断
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC) == SET)
{
prvvUARTTxReadyISR();
//清除中断标志
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_TC);
}
}
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若进入串口中断服务函数，则要调用FreeModbus中响应的函数，串口接收中断服务函数对应prvvUARTRxISR()，其代码如下
static void prvvUARTRxISR( void )
{
//mb.c eMBInit函数中
//pxMBFrameCBByteReceived = xMBRTUReceiveFSM
//接收状态机
pxMBFrameCBByteReceived();
}
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在prvvUARTRxISR中又调用了pxMBFrameCBByteReceived()，其实pxMBFrameCBTransmitterEmpty()并不是一个函数，而是一个函数指针。其定义如下，请注意函数指针的声明和函数声明的区别。
BOOL( *pxMBFrameCBTransmitterEmpty ) ( void );
在mb.c文件的eMBInit函数完成赋值。一般情况下都会选择RTU模式，那么pxMBFrameCBByteReceived就和xMBRTUReceiveFSM等价了，
pxMBFrameCBByteReceived = xMBRTUReceiveFSM;
同理，若发生串口发送完成中断，该中断服务函数对应prvvUARTTxReadyISR，其代码如下
static void prvvUARTTxReadyISR( void )
{
//mb.c eMBInit函数中
//pxMBFrameCBTransmitterEmpty = xMBRTUTransmitFSM
//发送状态机
pxMBFrameCBTransmitterEmpty();
}
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在prvvUARTTxReadyISR中又调用了pxMBFrameCBTransmitterEmpty()，pxMBFrameCBTransmitterEmpty也是函数指针，在eMBInit函数完成赋值，它等价于xMBRTUTransmitFSM。
特别提醒，由于我使用的是串口发送完成中断，想要进入该中断服务函数，需要发送一个字节的数据并启动串口发送中断，代码还需要少许修改。在mbRTU.c的eMBRTUSend中稍作修改，代码如下。
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/* First byte before the Modbus-PDU is the slave address. */
pucSndBufferCur = ( UCHAR * ) pucFrame - 1;
usSndBufferCount = 1;
/* Now copy the Modbus-PDU into the Modbus-Serial-Line-PDU. */
pucSndBufferCur[MB_SER_PDU_ADDR_OFF] = ucSlaveAddress;
usSndBufferCount += usLength;
/* Calculate CRC16 checksum for Modbus-Serial-Line-PDU. */
usCRC16 = usMBCRC16( ( UCHAR * ) pucSndBufferCur, usSndBufferCount );
ucRTUBuf[usSndBufferCount++] = ( UCHAR )( usCRC16 & 0xFF );
ucRTUBuf[usSndBufferCount++] = ( UCHAR )( usCRC16 >> 8 );
/* Activate the transmitter. */
//发送状态转换，在中断中不断发送
eSndState = STATE_TX_XMIT;
//插入代码 启动第一次发送，这样才可以进入发送完成中断
xMBPortSerialPutByte( ( CHAR )*pucSndBufferCur );
pucSndBufferCur++;
usSndBufferCount--;
//使能发送状态，禁止接收状态
vMBPortSerialEnable( FALSE, TRUE );
复制代码
写到这里给位可能看的不是很明白，建议研究一下FreeModbus的源码，稍作一些修改使用起来才会更加方便。