libmodbus使用

libmodbus是一个基于C语言实现的modbus驱动库，支持Linux、Mac OS X、Win32等操作系统。

支持如下功能：

• 支持Modbus-RTU。
• 支持Modbus-TCP。
• 支持常用功能码（01/02/03/04/05/06/07/0F/10/11/16/17）。
• 支持线圈类型读写、寄存器读写、离散量读取等。
• 支持广播地址0，从机地址1-247。
• 支持浮点数和整型数据转换，大小端等多种模式。

1 获取源代码

官网最新版本：libmodbus-3.1.7.tar.gz

开源仓库地址：https://github.com/stephane/libmodbus/

2 生成config.h配置文件

Linux终端下执行如下命令完成解压：

sudo tar zxvf libmodbus-3.1.7.tar.gz

解压后的libmodbus-3.1.7目录结构如下：

.
├── acinclude.m4
├── aclocal.m4
├── AUTHORS
├── build-aux/
├── config.h.in
├── configure*
├── configure.ac
├── COPYING.LESSER
├── doc/
├── libmodbus.pc.in
├── m4/
├── Makefile.am
├── Makefile.in
├── MIGRATION
├── NEWS
├── README.md
├── src/
└── tests/

Linux终端下执行如下命令生成config.h配置文件：

./configure

生成后提示如下：

		libmodbus 3.1.7
        ===============

        prefix:                 /usr/local
        sysconfdir:             ${prefix}/etc
        libdir:                 ${exec_prefix}/lib
        includedir:             ${prefix}/include

        compiler:               gcc
        cflags:                 -g -O2
        ldflags:                

        documentation:          no
        tests:                  yes

3 使用

3.1 Modbus主站

3.1.1 Poll-Modbus-TCP

使用Modbus Slave模拟从站设备，libmodbus作为主站读写从站保持寄存器。

（1）Modbus Slave连接配置

点击Connection，选择Connect，弹出Connection Setup对话框，Connection选择Modbus TCP/IP，IP Address填写为192.168.3.100（电脑本机地址），Port填写为502。

（2）Modbus Slave从机配置

点击Setup，选择Slave Definition，Slave ID填写为1，Function选择为03 Holding Register(4x)，Address填写为0，Quantity填写为10。

（3）poll_wr_regs_demo读写例程

/**
 * @file poll_wr_regs_demo.c
 * @author 李云亮 ([email protected])
 * @brief modbus主站读写多个保持寄存器
 * @version 1.0.0
 * @date 2022-08-19
 * 
 * @copyright Copyright (c) 2022
 * 
 */

#include 
#include 
#include 
#include "modbus.h"

#define MODBUS_TCP_SERVER_IP    "192.168.3.100"                         // TCP IP地址
#define MODBUS_TCP_SERVER_PORT  502                                     // TCP 端口号

#define REG_ADDR_START          0                                       // 寄存器起始地址
#define REG_ADDR_END            9                                       // 寄存器结束地址
#define REG_NUM                 ((REG_ADDR_END) - (REG_ADDR_START) + 1) // 寄存器个数

int main(int argc, char const *argv[])
{
    /* code */
    int i = 0;
    int ret = 0;
    modbus_t* ctx = NULL;
    uint16_t* sendBuf = NULL;
    uint16_t* recvBuf = NULL;

    // 1.创建TCP
    ctx = modbus_new_tcp(MODBUS_TCP_SERVER_IP, MODBUS_TCP_SERVER_PORT);
    if (NULL == ctx)
    {
        printf("Set modbus TCP failed!\n");
        return -1;
    }

    // 2.设置调试模式
    ret = modbus_set_debug(ctx, TRUE);
    if (-1 == ret)
    {
        printf("Set modbus debug mode failed!\n");
    }

    // 3.连接Server
    ret = modbus_connect(ctx);
    if (-1 == ret)
    {
        printf("Connect modbus server failed!\n");
        modbus_free(ctx);
        return -1;
    }

    // 4.设置从机地址
    ret = modbus_set_slave(ctx, 1);

    // 5.申请内存
    sendBuf = (uint16_t*)malloc(REG_NUM * (sizeof(uint16_t)));
    if (NULL == sendBuf)
    {
        printf("modbus sendBuf malloc failed!\n");
        free(sendBuf);
        return -1;
    }
    recvBuf = (uint16_t*)malloc(REG_NUM * (sizeof(uint16_t)));
    if (NULL == recvBuf)
    {
        printf("modbus recvBuf malloc failed!\n");
        free(recvBuf);
        return -1;
    }
    memset(sendBuf, 0, REG_NUM);
    memset(recvBuf, 0, REG_NUM);
    
    // 6.写入多个保持寄存器
    for (i = 0; i < REG_NUM; i++)
    {
        sendBuf[i] = i;
    }
    ret = modbus_write_registers(ctx, REG_ADDR_START, REG_NUM, sendBuf);
    if (REG_NUM != ret)
    {
        printf("modbus write regs failed!\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        // 7.读多个保持寄存器
        ret = modbus_read_registers(ctx, REG_ADDR_START, REG_NUM, recvBuf);
        if (REG_NUM != ret)
        {
            printf("modbus read regs failed!\n");
            return -1;
        }
        else
        {
            printf("result data:\n");
            for (i = 0; i < REG_NUM; i++)
            {
                printf("%d ", recvBuf[i]);
            }
            printf("\n");
        }
    }

    // 8.释放内存
    free(sendBuf);
    free(recvBuf);

    // 9.断开连接
    modbus_close(ctx);
    modbus_free(ctx);

    return 0;
}

（4）编译与执行

lyl@ubuntu18:~/Desktop/gitee/libmodbus-demo/libmodbusUse$ make
+ Linking output/demo/poll_wr_regs_demo ...
lyl@ubuntu18:~/Desktop/gitee/libmodbus-demo/libmodbusUse$ ./output/demo/poll_wr_regs_demo 
Connecting to 192.168.3.100:502
[00][01][00][00][00][1B][01][10][00][00][00][0A][14][00][00][00][01][00][02][00][03][00][04][00][05][00][06][00][07][00][08][00][09]
Waiting for a confirmation...
<00><01><00><00><00><06><01><10><00><00><00><0A>
[00][02][00][00][00][06][01][03][00][00][00][0A]
Waiting for a confirmation...
<00><02><00><00><00><17><01><03><14><00><00><00><01><00><02><00><03><00><04><00><05><00><06><00><07><00><08><00><09>
result data:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 

（5）数据帧分析

• 主站写寄存器分析

  # 主站写多个寄存器
  [00][01][00][00][00][1B][01][10][00][00][00][0A][14][00][00][00][01][00][02][00][03][00][04][00][05][00][06][00][07][00][08][00][09]
  

  通信标识符	协议标识符	数据长度	从机地址	功能码	起始地址	寄存器数量	数据长度	数据
  00 01	00 00	00 1B	01	0x10(16)	00 00	00 0A(10)	0x14(20)	0-9

  # 从站返回写结果
  <00><01><00><00><00><06><01><10><00><00><00><0A>
  

  通信标识符	协议标识符	数据长度	从机地址	功能码	起始地址	寄存器数量
  00 01	00 00	00 06	01	0x10(16)	00 00	00 0A(10)

• 主站读寄存器分析

  # 主站读多个寄存器
  [00][02][00][00][00][06][01][03][00][00][00][0A]
  

  通信标识符	协议标识符	数据长度	从机地址	功能码	起始地址	寄存器数量
  00 02	00 00	00 06	01	03	00 00	00 0A(10)

  # 从站返回读结果
  <00><02><00><00><00><17><01><03><14><00><00><00><01><00><02><00><03><00><04><00><05><00><06><00><07><00><08><00><09>
  

  通信标识符	协议标识符	数据长度	从机地址	功能码	数据长度	数据
  00 02	00 00	00 17(23)	01	03	0x14(20)	0-9

3.2 Modbus从站

3.2.1 Slave-Modbus-TCP

使用Modbus Poll模拟主站设备，libmodbus作为从站。

（1）Modbus Poll连接配置

点击Connection，选择Connect，弹出Connection Setup对话框，Connection选择Modbus TCP/IP，IP Address填写为192.168.3.102（Ubuntu从机地址），Port填写为1502。

（2）Modbus Slave主机配置

点击Setup，选择Read/Write Definition，Slave ID填写为1，Function选择为03 Holding Register(4x)，Address填写为0，Quantity填写为10。

（3）slave_wr_regs_demo读写例程

/**
 * @file slave_wr_regs_demo.c
 * @author 李云亮 ([email protected])
 * @brief modbus从站读写例程
 * @version 1.0.0
 * @date 2022-08-25
 * 
 * @copyright Copyright (c) 2022
 * 
 */

#include 
#include 
#include 
#include 
#include "modbus.h"

#define MODBUS_SLAVE_TCP_SERVER_IP      "192.168.3.102"
#define MODBUS_SLAVE_TCP_SERVER_PORT    1502
#define MAPPING_SIZE                    10
#define MODBUS_POLL_CONNECT_MAX         1

int main(int argc, char const *argv[])
{
    /* code */
    int socket = -1;
    modbus_t *ctx;
    modbus_mapping_t *mb_mapping;
    uint8_t query[MODBUS_TCP_MAX_ADU_LENGTH] = {0};
    int rc = 0;
    int i = 0;

    // 1.创建从机TCP
    ctx = modbus_new_tcp(MODBUS_SLAVE_TCP_SERVER_IP, MODBUS_SLAVE_TCP_SERVER_PORT); //开发板ip自行修改
    if (NULL == ctx)
    {
        printf("Set modbus TCP failed!\n");
        return -1;
    }

    // 2.设置调试模式
    modbus_set_debug(ctx, TRUE);

    // 3.初始化寄存器
    mb_mapping = modbus_mapping_new(MAPPING_SIZE, MAPPING_SIZE, MAPPING_SIZE, MAPPING_SIZE);
    if (mb_mapping == NULL) {
        printf("Failed to allocate the mapping!\n");
        modbus_free(ctx);
        return -1;
    }
    for (i = 0; i < MAPPING_SIZE; i++)
    {
        mb_mapping->tab_registers[i] = i;
    }

    // 4.侦听主站连接
    socket = modbus_tcp_listen(ctx, MODBUS_POLL_CONNECT_MAX);
    if (-1 == socket)
    {
        printf("Unable to listen TCP!\n");
        modbus_free(ctx);
        return -1;
    }
    
    // 5.创建连接
    modbus_tcp_accept(ctx, &socket);

    while (1)
    {
        // 6.接收请求
        rc = modbus_receive(ctx, query);

        if (rc > 1) {
            // 7.发送响应
            modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
            printf("In the loop \n");
        } 
        else 
        {
            // Connection closed by the client or error
            modbus_mapping_free(mb_mapping);
            modbus_close(ctx);
            modbus_free(ctx);
			modbus_tcp_accept(ctx, &socket);
            break;
        }
    }

    return 0;
}