基于STM32F767通过STM32CubeMX实现ModbusTCP读多为寄存器操作（一）

本文为modbus代码讲解概述，实现modbus具体操作请点击以下博客：
基于STM32F767通过STM32CubeMX实现ModbusTCP从站（后续）

一、实验准备

（1）stm32f767开发板，下载安装STM32CubeMX；
（2）实现LWIP的引入，具体参考STM32cubeMX将STM32F767+LAN8720+LwIP+FreeRTOS的以太网实现确保可以PING通；
（3）下载ModbusTCP包，附上楼主现有包链接：https://pan.baidu.com/s/1G2MblV6BSW2OHU62038B1g
提取码：53os ；

二、文件解析

按照一下方式加入文件（大神可按自己的习惯操作）

文件导入后不要忘记加入相应头文件：点击魔法棒 > 进入C/C++选项卡，点击Include Paths后的 … 按钮，将下图的Modbus相关目录加入

接收到的数据位置解析

本次主要讲读保持寄存器功能，所以主要解释的文件为上图middlewares/Modbus目录下的mbfuncholding.c文件，以下附上该文件代码

/* ----------------------- System includes ----------------------------------*/
#include "stdlib.h"
#include "string.h"/* ----------------------- Platform includes --------------------------------*/
#include "port.h"/* ----------------------- Modbus includes ----------------------------------*/
#include "mb.h"
#include "mbframe.h"
#include "mbproto.h"
#include "mbconfig.h"/* ----------------------- Defines ------------------------------------------*/
#define MB_PDU_FUNC_READ_ADDR_OFF               ( MB_PDU_DATA_OFF + 0)
#define MB_PDU_FUNC_READ_REGCNT_OFF             ( MB_PDU_DATA_OFF + 2 )
#define MB_PDU_FUNC_READ_SIZE                   ( 4 )
#define MB_PDU_FUNC_READ_REGCNT_MAX             ( 0x007D )#define MB_PDU_FUNC_WRITE_ADDR_OFF              ( MB_PDU_DATA_OFF + 0)
#define MB_PDU_FUNC_WRITE_VALUE_OFF             ( MB_PDU_DATA_OFF + 2 )
#define MB_PDU_FUNC_WRITE_SIZE                  ( 4 )#define MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_ADDR_OFF          ( MB_PDU_DATA_OFF + 0 )
#define MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_REGCNT_OFF        ( MB_PDU_DATA_OFF + 2 )
#define MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_BYTECNT_OFF       ( MB_PDU_DATA_OFF + 4 )
#define MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_VALUES_OFF        ( MB_PDU_DATA_OFF + 5 )
#define MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_SIZE_MIN          ( 5 )
#define MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_REGCNT_MAX        ( 0x0078 )#define MB_PDU_FUNC_READWRITE_READ_ADDR_OFF     ( MB_PDU_DATA_OFF + 0 )
#define MB_PDU_FUNC_READWRITE_READ_REGCNT_OFF   ( MB_PDU_DATA_OFF + 2 )
#define MB_PDU_FUNC_READWRITE_WRITE_ADDR_OFF    ( MB_PDU_DATA_OFF + 4 )
#define MB_PDU_FUNC_READWRITE_WRITE_REGCNT_OFF  ( MB_PDU_DATA_OFF + 6 )
#define MB_PDU_FUNC_READWRITE_BYTECNT_OFF       ( MB_PDU_DATA_OFF + 8 )
#define MB_PDU_FUNC_READWRITE_WRITE_VALUES_OFF  ( MB_PDU_DATA_OFF + 9 )
#define MB_PDU_FUNC_READWRITE_SIZE_MIN          ( 9 )/* ----------------------- Static functions ---------------------------------*/
eMBException    prveMBError2Exception( eMBErrorCode eErrorCode );/* ----------------------- Start implementation -----------------------------*/

以上为ModbusTCP关于操作保持寄存器对收到代码的对应位置的代码作用记录；

写一位保持寄存器

#if MB_FUNC_WRITE_HOLDING_ENABLED > 0eMBException
eMBFuncWriteHoldingRegister( UCHAR * pucFrame, USHORT * usLen )
{USHORT          usRegAddress;eMBException    eStatus = MB_EX_NONE;eMBErrorCode    eRegStatus;if( *usLen == ( MB_PDU_FUNC_WRITE_SIZE + MB_PDU_SIZE_MIN ) ){usRegAddress = ( USHORT )( pucFrame[MB_PDU_FUNC_WRITE_ADDR_OFF] << 8 );usRegAddress |= ( USHORT )( pucFrame[MB_PDU_FUNC_WRITE_ADDR_OFF + 1] );usRegAddress++;/* Make callback to update the value. */eRegStatus = eMBRegHoldingCB( &pucFrame[MB_PDU_FUNC_WRITE_VALUE_OFF],usRegAddress, 1, MB_REG_WRITE );/* If an error occured convert it into a Modbus exception. */if( eRegStatus != MB_ENOERR ){eStatus = prveMBError2Exception( eRegStatus );}}else{/* Can't be a valid request because the length is incorrect. */eStatus = MB_EX_ILLEGAL_DATA_VALUE;}return eStatus;
}
#endif

该段是写一位保持寄存器的具体代码；

写多位保持寄存器代码

#if MB_FUNC_WRITE_MULTIPLE_HOLDING_ENABLED > 0
eMBException
eMBFuncWriteMultipleHoldingRegister( UCHAR * pucFrame, USHORT * usLen )
{USHORT          usRegAddress;USHORT          usRegCount;UCHAR           ucRegByteCount;eMBException    eStatus = MB_EX_NONE;eMBErrorCode    eRegStatus;if( *usLen >= ( MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_SIZE_MIN + MB_PDU_SIZE_MIN ) ){usRegAddress = ( USHORT )( pucFrame[MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_ADDR_OFF] << 8 );usRegAddress |= ( USHORT )( pucFrame[MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_ADDR_OFF + 1] );usRegAddress++;usRegCount = ( USHORT )( pucFrame[MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_REGCNT_OFF] << 8 );usRegCount |= ( USHORT )( pucFrame[MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_REGCNT_OFF + 1] );ucRegByteCount = pucFrame[MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_BYTECNT_OFF];if( ( usRegCount >= 1 ) &&( usRegCount <= MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_REGCNT_MAX ) &&( ucRegByteCount == ( UCHAR ) ( 2 * usRegCount ) ) ){/* Make callback to update the register values. */eRegStatus =eMBRegHoldingCB( &pucFrame[MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_VALUES_OFF],usRegAddress, usRegCount, MB_REG_WRITE );/* If an error occured convert it into a Modbus exception. */if( eRegStatus != MB_ENOERR ){eStatus = prveMBError2Exception( eRegStatus );}else{/* The response contains the function code, the starting* address and the quantity of registers. We reuse the* old values in the buffer because they are still valid.*/*usLen = MB_PDU_FUNC_WRITE_MUL_BYTECNT_OFF;}}else{eStatus = MB_EX_ILLEGAL_DATA_VALUE;}}else{/* Can't be a valid request because the length is incorrect. */eStatus = MB_EX_ILLEGAL_DATA_VALUE;}return eStatus;
}
#endif

TCP服务器建立

由于ModbusTCP是以TCP协议为基础的Modbus协议，所以接收到的数据是以TCP协议包内嵌Modbus协议包来完成的，所以就需要对包进行分层解析，首先解析了TCP层相应数据后再解析Modbus层数据，所以首先我们的代码中会有一段建立TCP服务器的代码，其代码在middlewares/Modbus/port目录下的porttcp.c文件，代码如下

xMBTCPPortInit( USHORT usTCPPort )
{struct tcp_pcb *pxPCBListenNew, *pxPCBListenOld;BOOL            bOkay = FALSE;USHORT          usPort;if( usTCPPort == 0 ){usPort = MB_TCP_DEFAULT_PORT;}else{usPort = ( USHORT ) usTCPPort;}if( ( pxPCBListenNew = pxPCBListenOld = tcp_new(  ) ) == NULL )   //建立TCP服务器{/* Can't create TCP socket. */bOkay = FALSE;}else if( tcp_bind( pxPCBListenNew, IP_ADDR_ANY, ( u16_t ) usPort ) != ERR_OK )//TCP服务器建立成功后进入监听状态{/* Bind failed - Maybe illegal port value or in use. */( void )tcp_close( pxPCBListenOld );bOkay = FALSE;}else if( ( pxPCBListenNew = tcp_listen( pxPCBListenNew ) ) == NULL ){( void )tcp_close( pxPCBListenOld );bOkay = FALSE;}else{/* Register callback function for new clients. */tcp_accept( pxPCBListenNew, prvxMBTCPPortAccept );/* Everything okay. Set global variable. */pxPCBListen = pxPCBListenNew;#ifdef MB_TCP_DEBUGvMBPortLog( MB_LOG_DEBUG, "MBTCP-ACCEPT", "Protocol stack ready.\r\n" );
#endif}bOkay = TRUE;return bOkay;
}

以上代码为TCP服务器的建立过程，ModbusTCP默认端口为502端口，此处无需更改；

收到数据需要做出的动作

以上讲述了ModbusTCP从建立TCP服务器到对收到的代码进行解析的过程，接下来就要进行收到数据的操作过程，其代码位于middlewares/Modbus目录下的modbusCB.c文件中，代码如下

uint16_t DB_R[88];           //保持寄存器数值存储空间
uint16_t DB_C[88];          //线圈寄存器数值存储空间
uint16_t DB_I[88];          //输入流数值存储空间
uint16_t DB_D[88];          //离散量数值存储空间
eMBErrorCode
eMBRegHoldingCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs, eMBRegisterMode eMode )
{eMBErrorCode    eStatus = MB_ENOERR;static uint8_t flag = 0;int i=0;flag ^= 1;/*the following code is just for the testing the function of reading register    *//**********************************读保持寄存器************************************/if(eMode==MB_REG_READ){DB_R[0]=0x1001;DB_R[1]=0x2001;DB_R[2]=0x3001;DB_R[3]=0x4001;for(i=0;i<usNRegs;i++){*pucRegBuffer=DB_R[i+usAddress-1]>>8;pucRegBuffer++;*pucRegBuffer=DB_R[i+usAddress-1]&0xff;pucRegBuffer++;}}/***************************************GAS********************************************//*********************************写保持寄存器*************************************/if(eMode==MB_REG_WRITE){for(i=0;i<usNRegs;i++){DB_R[i+usAddress-1]=*pucRegBuffer>>8;pucRegBuffer++;DB_R[i+usAddress-1]=*pucRegBuffer&0xff;pucRegBuffer++;}}/**************************************GAS*****************************************/return eStatus;
}

上述代码主要功能在读写保持寄存器，开辟了4个存储空间用于存放保持寄存器数值、线圈寄存器数值、输入量数值和离散量数值，为测试通讯正常，我提前将数值写入保持寄存器数值存储空间的0~3空间分别写入值，方便读取。由于代码没有完全写明白，所以在写保持寄存器时只能写入第8位，无法写入高8位，希望有经验的大能不吝赐教。
在上述操作完成后，在主函数中加入:

eMBTCPInit( 0 );eMBEnable();

之后再主函数的主循环加入：

eMBPoll();

即可不断运行Modbus的数据操作。

测试部分

在上述文件导入工程后编译下载到开发板，用网线连接开发版和计算机。在计算机下载安装ModbusTool工具（可在GITHUB上搜索下载），该代码实现的时从站（服务器）功能，所以打开ModbusTool工具的MBMaster (Active)，在确保可以ping通开发板的情况下按照下图所示设置，IP写为开发板地址，设置完成后点击Connect，在下方黑框提示连接成功即可；若链接失败，检查网络情况或重启开发板；

完成连接后点击Read holding即可在0~3所在空格读取到之前设置在DB_R数组中的值，如图

完成以上操作后说明ModbusTCP协议已打通，也可以读取到Modbus数据，接下来的工作就是通过接收到的数据控制硬件动作，由大家自由发挥，希望大家能多多指点。

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