FreeModbus开源协议栈的（五）野火指南者+Keil+FreeModbus 的Modbus RTU从站
2024-04-12 12:51:27
在网上关于STM32F103+FreeModbus 的Modbus RTU从站移植的移植有很多，在此记录一下自己在野火的指南者开发板上基于FreeModbus的Modbus RTU从站的过程。
文章目录
目录
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硬件准备
软件准备
工程准备工作
移植FreeModbus需要修改的文件
port.h
portserial.c
porttimer.c
portevent.c
mbrtu.c
最后一步 main.c文件
main函数
定义Modbus对象
线圈量
离散输入量
保持寄存器
输入寄存器
测试
硬件准备
野火指南者（STM32F103VET6）
软件准备
2、指南者开发板工程模板（随便一个工程都可以，我习惯用一个移植好库函数的空白工程模板）
工程准备工作
移植FreeModbus需要修改的文件
port.h
port.h的修改主要补充两个关于控制器开关总中断的两个宏定义
#define ENTER_CRITICAL_SECTION( ) __set_PRIMASK(1);//关总中断
#define EXIT_CRITICAL_SECTION( ) __set_PRIMASK(0);//开总中断
补充一下
__set_PRIMASK（）这个函数在core_cm3.c里面定义
具体函数定义：
/*** @brief Set the Priority Mask value** @param priMask PriMask** Set the priority mask bit in the priority mask register*/
__ASM void __set_PRIMASK(uint32_t priMask)
{msr primask, r0bx lr
}
portserial.c
//该函数用于RS485接收/发送状态的切换
void vMBPortSerialEnable(BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable)
{/* If xRXEnable enable serial receive interrupts. If xTxENable enable* transmitter empty interrupts.*///接收使能if (xRxEnable == TRUE){//MODBUS_RECIEVE();使用485时使用该函数将485芯片更改为接收状态if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == SET){USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);}USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);}else if (xRxEnable == FALSE){//MODBUS_SEND();使用485时使用该函数将485芯片更改为发送状态USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, DISABLE);}//发送使能if (xTxEnable == TRUE){//MODBUS_SEND();使用485时使用该函数将485芯片更改为发送状态if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == SET){USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);}USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);}else if (xTxEnable == FALSE){//MODBUS_RECIEVE();使用485时使用该函数将485芯片更改为接收状态USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, DISABLE);}
}
//该函数用于串口的初始化，要根据工程实际使用的板子进行初始化
//如果加上485的话还要在代码里面增加485芯片发送/接收使能引脚的驱动代码
BOOL xMBPortSerialInit(UCHAR ucPORT, ULONG ulBaudRate, UCHAR ucDataBits, eMBParity eParity)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef USART_InitStructure;// 串口中断优先级配置NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;// 打开串口GPIO的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 打开串口外设的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);// 将USART Tx的GPIO配置为推挽复用模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 将USART Rx的GPIO配置为浮空输入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 配置串口的工作参数// 配置波特率USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;// 配置 针数据字长USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;// 配置停止位USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;// 配置校验位USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;// 配置硬件流控制USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;// 配置工作模式，收发一起USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;// 完成串口的初始化配置USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);/* 嵌套向量中断控制器组选择 */NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);/* 配置USART为中断源 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;/* 抢断优先级*/NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;/* 子优先级 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;/* 使能中断 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;/* 初始化配置NVIC */NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);// 使能串口接收中断USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);// 使能串口USART_Cmd(USART1, ENABLE);return TRUE;
}
//该函数用于向串口发送一个字节的数据，这里直接使用库函数即可
BOOL xMBPortSerialPutByte(CHAR ucByte)
{/* Put a byte in the UARTs transmit buffer. This function is called* by the protocol stack if pxMBFrameCBTransmitterEmpty( ) has been* called. */USART_SendData(USART1, ucByte);return TRUE;
}
//该函数用于从串口接收一个字节的数据，这里直接调用库函数即可
BOOL xMBPortSerialGetByte(CHAR *pucByte)
{/* Return the byte in the UARTs receive buffer. This function is called* by the protocol stack after pxMBFrameCBByteReceived( ) has been called.*/*pucByte = USART_ReceiveData(USART1);return TRUE;
}
prvvUARTTxReadyISR（）和prvvUARTRxISR（）两个函数不需要更改，这两个函数需要串口中断中调用。
/* Create an interrupt handler for the transmit buffer empty interrupt* (or an equivalent) for your target processor. This function should then* call pxMBFrameCBTransmitterEmpty( ) which tells the protocol stack that* a new character can be sent. The protocol stack will then call * xMBPortSerialPutByte( ) to send the character.*/
static void prvvUARTTxReadyISR(void)
{pxMBFrameCBTransmitterEmpty();
}/* Create an interrupt handler for the receive interrupt for your target* processor. This function should then call pxMBFrameCBByteReceived( ). The* protocol stack will then call xMBPortSerialGetByte( ) to retrieve the* character.*/
static void prvvUARTRxISR(void)
{pxMBFrameCBByteReceived();
}
最后一个是串口的中断服务函数，为了方便管理我把串口的中断服务函数写在了portserial.c这个文件里面。因为指南者的usart1连接的是TTL转USB，所以我在这个工程里面使用的是usart1
void USART1_IRQHandler(void)
{if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET){prvvUARTRxISR();//在串口接收中断，调用FreeModbus的prvvUARTRxISR()函数USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);}if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC) != RESET){prvvUARTTxReadyISR();//在串口发送中断中，调用FreeModbus的prvvUARTTxReadyISR()函数USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_TC);}
}
porttimer.c
//该函数用于初始化定时器
//需要初始化一个定时时间为50us的定时器
//处理器设定主频为72MHz
//这里用到了F103的基本定时器TIM6
BOOL xMBPortTimersInit(USHORT usTim1Timerout50us)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);// 自动重装载寄存器的值，累计TIM_Period+1个频率后产生一个更新或者中断 计时器计数1次为50usTIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = usTim1Timerout50us;// 时钟预分频数为50usTIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 3600 - 1;// 时钟分频因子 ，基本定时器没有，不用管//TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;// 计数器计数模式，基本定时器只能向上计数，没有计数模式的设置//TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;// 重复计数器的值，基本定时器没有，不用管//TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;// 初始化定时器TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure);// 清除计数器中断标志位TIM_ClearFlag(TIM6, TIM_FLAG_Update);// 开启计数器中断TIM_ITConfig(TIM6, TIM_IT_Update, ENABLE);// 设置中断组为0NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0);// 设置中断来源NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;// 设置主优先级为 0NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;// 设置抢占优先级为3NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);return TRUE;
}
//定时器使能函数
//调用库函数使能TIM6
void vMBPortTimersEnable()
{/* Enable the timer with the timeout passed to xMBPortTimersInit( ) */TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);TIM_ITConfig(TIM6, TIM_IT_Update, ENABLE);TIM_SetCounter(TIM6, 0x00000000);TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);
}
//定时器失能函数
//调用库函数失能TIM6
void vMBPortTimersDisable()
{/* Disable any pending timers. */TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);TIM_ITConfig(TIM6, TIM_IT_Update, DISABLE);TIM_SetCounter(TIM6, 0x00000000);TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);
}
//prvvTIMERExpiredISR()函数不需要更改
//需要在定时器定时结束后调用prvvTIMERExpiredISR()
static void prvvTIMERExpiredISR(void)
{(void)pxMBPortCBTimerExpired();
}//TIM6定时溢出中断函数
//为了方便管理把TIM6的中断服务函数放在porttimer.c函数
//定时器溢出后清除定时标志
//再调用FreeModbus的prvvTIMERExpiredISR()
void TIM6_IRQHandler(void)
{if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET){TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_FLAG_Update);prvvTIMERExpiredISR();}
}
portevent.c
mbrtu.c
在这个工程里面，串口发送中断函数使用的时串口发送完成中断，所以在mbrtu.c文件的 eMBRTUSend() 函数里面还要加上一段函数用于手动发送第一个字节。
eMBErrorCode
eMBRTUSend(UCHAR ucSlaveAddress, const UCHAR *pucFrame, USHORT usLength)
{eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;USHORT usCRC16;ENTER_CRITICAL_SECTION();/* Check if the receiver is still in idle state. If not we where to* slow with processing the received frame and the master sent another* frame on the network. We have to abort sending the frame.*/if (eRcvState == STATE_RX_IDLE){/* 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. */eSndState = STATE_TX_XMIT;/*插入以下代码完成一次发送，启动发送完成中断*/xMBPortSerialPutByte((CHAR)*pucSndBufferCur);pucSndBufferCur++;usSndBufferCount--;/*结束*/vMBPortSerialEnable(FALSE, TRUE);}else{eStatus = MB_EIO;}EXIT_CRITICAL_SECTION();return eStatus;
}
到这里FreeModbus的移植（Modbus RTU）已经基本完成。
接下来是编写main函数。
最后一步 main.c文件
main函数
int main(void)
{eMBInit(MB_RTU, 0X01, 1, 9600, MB_PAR_NONE);//初始化FreeModbuseMBEnable();//FreeModbus使能while (1){eMBPoll();//在while (1)循环调用eMBPoll()}
}
定义Modbus对象
线圈量
#define COIL_START 0
#define COIL_NCOILS 100
static USHORT usCoilStart = COIL_START;
static UCHAR usCoilBuf[COIL_NCOILS] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x10};
#if S_COIL_NCOILS % 8
UCHAR ucSCoilBuf[COIL_NCOILS / 8 + 1];
#else
UCHAR ucSCoilBuf[COIL_NCOILS / 8];
#endif/*** Modbus slave coils callback function.** @param pucRegBuffer coils buffer* @param usAddress coils address* @param usNCoils coils number* @param eMode read or write** @return result*/
eMBErrorCode
eMBRegCoilsCB(UCHAR *pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNCoils,eMBRegisterMode eMode)
{eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;USHORT iRegIndex, iRegBitIndex, iNReg;iNReg = usNCoils / 8 + 1;usAddress--;if ((usAddress >= usCoilStart) && (usAddress + usNCoils <= usCoilStart + COIL_NCOILS)){iRegIndex = (USHORT)(usAddress - usCoilStart) / 8;iRegBitIndex = (USHORT)(usAddress - usCoilStart) % 8;switch (eMode){/* read current coil values from the protocol stack. */case MB_REG_READ:while (iNReg > 0){*pucRegBuffer++ = xMBUtilGetBits(&usCoilBuf[iRegIndex++], iRegBitIndex, 8);iNReg--;}pucRegBuffer--;/* last coils */usNCoils = usNCoils % 8;/* filling zero to high bit */*pucRegBuffer = *pucRegBuffer << (8 - usNCoils);*pucRegBuffer = *pucRegBuffer >> (8 - usNCoils);break;/* write current coil values with new values from the protocol stack. */case MB_REG_WRITE:while (iNReg > 1){xMBUtilSetBits(&usCoilBuf[iRegIndex++], iRegBitIndex, 8, *pucRegBuffer++);iNReg--;}/* last coils */usNCoils = usNCoils % 8;/* xMBUtilSetBits has bug when ucNBits is zero */if (usNCoils != 0){xMBUtilSetBits(&usCoilBuf[iRegIndex++], iRegBitIndex, usNCoils, *pucRegBuffer++);}break;}}else{eStatus = MB_ENOREG;}return eStatus;
}
离散输入量
#define DISCRETE_START 0
#define DISCRETE_NDISCRETES 100
static USHORT usNDiscreteStart = DISCRETE_START;
static UCHAR usDiscreteBuf[DISCRETE_NDISCRETES] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x10};
#if DISCRETE_NDISCRETES % 8
UCHAR ucSDiscInBuf[DISCRETE_NDISCRETES / 8 + 1];
#else
UCHAR ucSDiscInBuf[DISCRETE_NDISCRETES / 8];
#endif/*** Modbus slave discrete callback function.** @param pucRegBuffer discrete buffer* @param usAddress discrete address* @param usNDiscrete discrete number** @return result*/
eMBErrorCode
eMBRegDiscreteCB(UCHAR *pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNDiscrete)
{eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;USHORT iRegIndex, iRegBitIndex, iNReg;iNReg = usNDiscrete / 8 + 1;usAddress--;if ((usAddress >= usNDiscreteStart) && (usAddress + usNDiscrete <= usNDiscreteStart + DISCRETE_NDISCRETES)){iRegIndex = (USHORT)(usAddress - usNDiscreteStart) / 8;iRegBitIndex = (USHORT)(usAddress - usNDiscreteStart) % 8;while (iNReg > 0){*pucRegBuffer++ = xMBUtilGetBits(&usDiscreteBuf[iRegIndex++],iRegBitIndex, 8);iNReg--;}pucRegBuffer--;/* last discrete */usNDiscrete = usNDiscrete % 8;/* filling zero to high bit */*pucRegBuffer = *pucRegBuffer << (8 - usNDiscrete);*pucRegBuffer = *pucRegBuffer >> (8 - usNDiscrete);}else{eStatus = MB_ENOREG;}return eStatus;
}
保持寄存器
//保持寄存器变量
#define REG_HOLDING_START 0
#define REG_HOLDING_NREGS 100
static USHORT usRegHoldingStart = REG_HOLDING_START;
static USHORT usRegHoldingBuf[REG_HOLDING_NREGS] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};/*** Modbus slave holding register callback function.** @param pucRegBuffer holding register buffer* @param usAddress holding register address* @param usNRegs holding register number* @param eMode read or write** @return result*/
eMBErrorCode
eMBRegHoldingCB(UCHAR *pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs,eMBRegisterMode eMode)
{eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;USHORT iRegIndex;/* it already plus one in modbus function method. */usAddress--;if ((usAddress >= usRegHoldingStart) && (usAddress + usNRegs <= usRegHoldingStart + REG_HOLDING_NREGS)){iRegIndex = usAddress - usRegHoldingStart;switch (eMode){/* read current register values from the protocol stack. */case MB_REG_READ:while (usNRegs > 0){*pucRegBuffer++ = (UCHAR)(usRegHoldingBuf[iRegIndex] >> 8);*pucRegBuffer++ = (UCHAR)(usRegHoldingBuf[iRegIndex] & 0xFF);iRegIndex++;usNRegs--;}break;/* write current register values with new values from the protocol stack. */case MB_REG_WRITE:while (usNRegs > 0){usRegHoldingBuf[iRegIndex] = *pucRegBuffer++ << 8;usRegHoldingBuf[iRegIndex] |= *pucRegBuffer++;iRegIndex++;usNRegs--;}break;}}else{eStatus = MB_ENOREG;}return eStatus;
}
输入寄存器
//输入寄存器变量
#define REG_INPUT_START 0
#define REG_INPUT_NREGS 100
static USHORT usRegInputStart = REG_INPUT_START;
static USHORT usRegInputBuf[REG_INPUT_NREGS] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};eMBErrorCode
eMBRegInputCB(UCHAR *pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs)
{eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;int iRegIndex;usAddress--;if ((usAddress >= usRegInputStart) && (usAddress + usNRegs <= usRegInputStart + REG_INPUT_NREGS)) //请求地址大于起始地址 && 地址长度小于设定长度{iRegIndex = (int)(usAddress - usRegInputStart);while (usNRegs > 0){*pucRegBuffer++ =(unsigned char)(usRegInputBuf[iRegIndex] >> 8);*pucRegBuffer++ =(unsigned char)(usRegInputBuf[iRegIndex] & 0xFF);iRegIndex++;usNRegs--;}}else{eStatus = MB_ENOREG;}return eStatus;
}
到这里基于FreeModbus的Modbus RTU工程已经完成移植了，接下来是测试各个功能码
测试
电脑使用Modbus Poll模拟主站，开发板通过USB与电脑连接，功能测试正常。
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