STM32F103+W5500网络通信

一、W5500模块

（一)W5500以太网模块介绍

• D-W5500 EVB以太网模块是一款基于WIZnet W5500芯片的以太网模块，且性价比高的以太网模块。W5500是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器，为嵌入式系统提供了更加建议的互联网连接方案。
• W5500固化了TCP/IP协议栈，10/100Mbps以太网数据链路层（MAC）及物理层（PHY），使得用户使用单芯片就能够在他们的应用中拓展网络连接。内嵌32K字节片上缓存以供以太网处理，并且可以同时使用8个硬件Socket独立通讯；SPI(外设船型接口)从而能够更加容易与外设MCU整合，并且W5500使用了高效SPI协议支持80MHz，从而实现高速网络通讯。
• 模块还支持3.3V或者5V电源供电，当5V供电时还可以输出3.3V的电压，方便用户在不同的单片机系统中使用。

（二）模块排针功能表

线路接法
PA3 -> W5500_RST
PA4 -> W5500_SCS
PA5 -> W5500_SCK
PA6 -> W5500_MISO
PA7 -> W5500_MOSI

二、 modbus协议

（一）modbus协议原理

Modbus协议是一种已广泛应用于当今工业控制领域的通用通讯协议。通过此协议，控制器相互之间、或控制器经由网络（如以太网）可以和其它设备之间进行通信。Modbus协议使用的是主从通讯技术，即由主设备主动查询和操作从设备。一般将主控设备方所使用的协议称为Modbus Master，从设备方使用的协议称为Modbus Slave。典型的主设备包括工控机和工业控制器等；典型的从设备如PLC可编程控制器等。

Modbus通讯物理接口可以选用串口（包括RS232、RS485和RS422），也可以选择以太网口。其通信遵循以下的过程：

• 主设备向从设备发送请求
• 从设备分析并处理主设备的请求，然后向主设备发送结果
• 如果出现任何差错，从设备将返回一个异常功能码

Modbus的工作方式是请求/应答，每次通讯都是主站先发送指令，可以是广播，或是向特定从站的单播；从站响应指令，并按要求应答，或者报告异常。当主站不发送请求时，从站不会自己发出数据，从站和从站之间不能直接通讯。

Modbus协议是应用层（协议层）报文传输协议，它定义了一个与物理层无关的协议数据单元（PDU），即PDU=功能码+数据域，功能码1byte，数据域不确定。

Modbus协议能够应用在不同类型的总线或网络。对应不同的总线或网络，Modbus协议引入一些附加域映射成应用数据单元（ADU），即ADU=附加域+PDU，例如modbus tcp/ip------ ADU=MBAP+ADU。

（二）Modbus 通讯方式

1.Modbus三种通讯方式

Modbus有下列三种通信方式：

（1）、以太网：对应的通信模式是Modbus TCP/IP

（2）、异步串行传输（各种介质如有线RS-232-/422/485/；光纤、无线等）：对应的通信模式是Modbus RTU或Modbus ASCII

（3）、高速令牌传递网络：对应的通信模式是Modbus PLUS

Modbus RTU和Modbus ASCII协议应用于串口链接（RS232、RS485、RS422），Modbus tcp/ip协议应用于以太网链接。

2.在Modbus网络上传输

标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。

控制器通信使用主/从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。

典型的主设备：主机和可编程仪表。

典型的从设备：可编程控制器。

主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。

Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。

从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。

3.以太网（modbus tcp/ip）

对于Modbus TCP而言，主站通常称为Client，从站称为Server；而对于Modbus RTU和Modbus ASCII来说，主站是Master，从站是Slave。

ModbusTCP的数据帧可分为两部分：ADU=MBAP+PDU = MBAP + 功能码 + 数据域，MBAP 7byte，功能码1byte，数据域不确定，由具体功能决定。

三、代码实现

（一）初始化从机网络

void Load_Net_Parameters(void)
{
	Gateway_IP[0] = 192;//加载网关参数
	Gateway_IP[1] = 168;
	Gateway_IP[2] = 1;
	Gateway_IP[3] = 1;

	Sub_Mask[0]=255;//加载子网掩码
	Sub_Mask[1]=255;
	Sub_Mask[2]=255;
	Sub_Mask[3]=0;

	Phy_Addr[0]=0x0c;//加载物理地址
	Phy_Addr[1]=0x29;
	Phy_Addr[2]=0xab;
	Phy_Addr[3]=0x7c;
	Phy_Addr[4]=0x00;
	Phy_Addr[5]=0x01;

	IP_Addr[0]=192;//加载本机IP地址
	IP_Addr[1]=168;
	IP_Addr[2]=1;
	IP_Addr[3]=199;

	S0_Port[0] = 0x13;//加载端口0的端口号5000 
	S0_Port[1] = 0x88;

	S0_Mode=TCP_SERVER;//加载端口0的工作模式,TCP服务端模式

（二）响应函数

void Process_Socket_Data(SOCKET s)
{
	int len;
	unsigned char msg[11]={0x00,0x00,0x00 ,0x00, 0x00, 0x05, 0x01, 0x03, 0x02, 0x00, 0x70};
	len=sizeof(msg);
	unsigned short size;
	size=Read_SOCK_Data_Buffer(s, Rx_Buffer);
	memcpy(Tx_Buffer, Rx_Buffer, size);
	
	//打印查询报文
	for (int j=0;j;j++){
		 printf("0x%02X ",Tx_Buffer[j]);
	}

	//写响应报文
	//检验码
	msg[0]=Tx_Buffer[0];
	msg[1]=Tx_Buffer[1];
	
	//协议
	msg[2]=0x00;
	msg[3]=0x00;
	
	//数据包长度
	msg[4]=0x00;
	msg[5]=0x05;
	
	//设备编号
	msg[6]=Tx_Buffer[6];
	//功能码
	msg[7]=Tx_Buffer[7];
	//数据长度
	msg[8]=0x02;
	
	//低八位
	msg[10]=data&0XFF;
	//高八位
	msg[9]=data>>8;
	
	memcpy(Tx_Buffer, msg, len);	
	//发送响应报文
	Write_SOCK_Data_Buffer(0, Tx_Buffer, len);
	data++;
}

（三）main函数循环等待连接

 while (1)
  {
		W5500_Socket_Set();//W5500端口初始化配置

		W5500_Interrupt_Process();//W5500中断处理程序框架
		
		if((S0_Data & S_RECEIVE) == S_RECEIVE)//如果Socket0接收到数据
		{
			S0_Data&=~S_RECEIVE;
			Process_Socket_Data(0);//W5500接收并发送接收到的数据
		}
		//从机状态标志
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);

  }

四、结果

（一)modbus poll建立连接

1.设置id、地址、读取位数

2.TCP/IP建立连接，设置地址、端口

3.连接成功如下

（二）串口显示

五、总结

本次实验用了Mudbus协议栈，参考了大佬的代码，真不错，实现了简单的TCP通信，可以实现串口数据的收发。

六、参考资料

MODBUS通讯协议完整介绍
modbus通讯协议详解
STM32F103基于W5500实现Modbus简单TCP通信