IO控制包PLC的应用面广棱镜，透镜

. Modbus协议源代码简介



2.1 关于modbus中的常见两种寄存器区别

保持寄存器：指可以通过通信命令读或者写的寄存器；通常是一些功能控制寄存器或者输出寄存器等。不同的设计中，有些保持寄存器是掉电保持；有些则不然。

输入寄存器：指只能读不能写的寄存器，通常是状态寄存器或者是输入结果寄存器等。

线圈寄存器，可以类比为开关量，每一个bit都对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。

离散输入寄存器：相当于线圈寄存器的只读模式，每个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取输入的开关信号，无法写入。

2.2 Modbus开源库常用配置接口

1）modbus_t* modbus_new_rtu(const char *device,

int baud, char parity, int data_bit,

int stop_bit)

modbus_new_rtu函数用于生成Modbus的句柄，在本函数中可以设置通

信协议中的波特率、校验位、数据长度以及停止位，其返回值为通过设置后生成的句柄，用于在读写数据时使用，每个句柄可以执行一个modbus指令。如果这些配置参数有误，就会返回一个空指针。

2）static int _modbus_rtu_connect(modbus_t *ctx)

本函数主要功能是将通信串口设置为rtu模式。

3）int modbus_set_slave(modbus_t *ctx, int slave)

本函数设置本句柄的从机号。



2.3 Modbus主机通信常用接口

1）int modbus_write_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint16_t *src)

本函数为将数组中的数据写入到远端设备（从机）的寄存器中，写入的地址位addr，长度为nb个寄存器。

2）int modbus_read_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)

本函数将远端设备（从机）保持寄存器中的数据复制到数组dest中。

3）int modbus_read_input_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb,

uint16_t *dest)

本函数读取远端设备（从机）地址为addr输入寄存器中的数据，数据长度为nb。



2.4 Modbus从机通信主要接口

1）int _modbus_receive_msg(modbus_t *ctx, uint8_t *msg, msg_type_t msg_type)

本函数可以用于处理来自主机的请求，返回接受到的字符的数量，如果成功，则返回uint8_t数组中的消息（即主机发送的命令），否则返回-1。



2）int modbus_reply(modbus_t *ctx, const uint8_t *req,

int req_length, modbus_mapping_t *mb_mapping)

本函数负责在接受到请求后，分析请求并生成响应消息，并且发送到主机。如果请求属性为广播，那么不发送响应消息。

三、 调试问题分享

　　在调试中，从机的Server进程会经常出现崩溃，后发现在Server经常每次处理配置变更时，都会重新new出新的modbus句柄，但却不释放原有句柄，这种处理会导致多次修改Modbus通信配置时，从机Server进程崩溃。

解决方案：在程序中判断，当modbus句柄已经存在时，此时更新配置后，不再new出新的句柄，而是调用接口 modbus_close()， modbus_free()释放句柄中的配置，然后用更新后的配置重新设置句柄参数。

MODBUS 是 OSI 模型第 7 层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。

自从 1979 年出现工业串行链路的事实标准以来，MODBUS 使成千上万的自动化设备能够通信。目前，继续增加对简单而雅观的 MODBUS 结构支持。互联网组织能够使 TCP/IP 栈上的保留系统端口502 访问 MODBUS。

MODBUS 是一个请求/应答协议，并且提供功能码规定的服务。MODBUS 功能码是 MODBUS 请求/应答 PDU 的元素。本文件的作用是描述 MODBUS 事务处理框架内使用的功能码。

1.2 规范性引用文件

1．RFC791，互联网协议，Sep81 DARPA

2．MODBUS 协议参考指南 Rev J,MODICON，1996 年 6 月，doc#PI_MBUS_300

MODBUS 是一项应用层报文传输协议，用于在通过不同类型的总线或网络连接的设备之间的客户机/服务器通信。

目前，使用下列情况实现 MODBUS：

以太网上的 TCP/IP。

各种媒体（有线：EIA/TIA-232-E、EIA-422、EIA/TIA-485-A；光纤、无线等等）上的异步串行传输。

MODBUS PLUS，一种高速令牌传递网络。

输入与输出之间以及比特寻址的和字寻址的数据项之间的区别并没有暗示任何应用操作。如果这是对可疑对象核心部分自然的解释，那么这种区别是可完全接受的，而且很普通，以便认为四个表格全部覆盖了另外一个表格。

对于基本表格中任何一项，协议都允许单个地选择 65536 个数据项，而且设计那些项的读写操作可以越过多个连续数据项直到数据大小规格限制，这个数据大小规格限制与事务处理功能码有关。很显然，将通过 MODBUS 处理的所有数据放置在设备应用存储器中。但是，存储器的物理地址不应该与数据参考混淆。要求仅仅是数据参考与物理地址的链接。

MODBUS 功能码中使用的 MODBUS 逻辑参考数字是以 0 开始的无符号整数索引。

MODBUS 模型实现的实例
下例实例示出了两种在设备中构造数据的方法。可能有不同的结构，这个文件中没有全部描述出来。每个设备根据其应用都有它自己的数据结构。

实例 1：有 4 个立块的设备

下例实例示出了设备中的数据结构，这个设备含有数字量和模拟量、输入量和输出量。由于不同块中的数据不相关，每个块是相互立。按不同MODBUS 功能码访问每个块。

一旦服务器处理请求，使用合适的 MODBUS 服务器事务建立 MODBUS 响应。

根据处理结果，可以建立两种类型响应：

一个正 MODBUS 响应：
响应功能码 = 请求功能码

一个 MODBUS 异常响应：
01、用来为客户机提供处理过程中与被发现的差错相关的信息；

02、响应功能码 = 请求功能码 + 0x80；

03、提供一个异常码来指示差错原因。

5、功能码分类
有三类 MODBUS 功能码。它们是：

公共功能码

是较好地被定义的功能码，
是的，
MODBUS 组织可改变的，
公开证明的，
具有可用的一致性测试，
MB IETF RFC 中证明的，
包含已被定义的公共指配功能码和未来使用的未指配保留供功能码。
用户定义功能码

有两个用户定义功能码的定义范围，即 65 至 72 和十进制 100 至 110。
用户没有 MODBUS 组织的任何批准就可以选择和实现一个功能码
不能被选功能码的使用是的。
如果用户要重新设置功能作为一个公共功能码，那么用户启动 RFC，以便将改变引入公共分类中，并且指配一个新的公共功能码。
保留功能码

一些公司对传统产品通常使用的功能码，并且对公共使用是无效的功能码。

组合逻辑
组合逻辑控制器由时序电路、指令译码电路和组合逻辑电路三部分组成。通过指令译码器确定当前执行的指令，结合时序电路产生的节拍，共同作为组合逻辑电路的输人结果输出相应的控制信号。组合逻辑控制器是由复杂组合逻辑门电路和触发器构成，执行速度快，因此在计算机结构比如RISC中得到广泛应用。 [1]
设计步骤：
1、设计机器的指令系统：规定指令的种类、指令的条数以及每一条指令的格式和功能；
2、初步的总体设计：如寄存器设置、总线安排、运算器设计、部件间的连接关系等；
3、绘制指令流程图：标出每一条指令在什么时间、什么部件进行何种操作；
4、编排操作时间表：即根据指令流程图分解各操作为微操作，按时间段列出机器应进行的微操作；
5、列出微操作信号表达式，化简，电路实现。
基本组成：
1、指令寄存器用来存放正在执行的指令。指令分成两部分：操作码和地址码。操作码用来指示指令的操作性质，如加法、减法等；地址码给出本条指令的操作数地址或形成操作数地址的有关信息（这时通过地址形成电路来形成操作数地址）。有一种指令称为转移指令，它用来改变指令的正常执行顺序，这种指令的地址码部分给出的是要转去执行的指令的地址。
2、操作码译码器：用来对指令的操作码进行译码，产生相应的控制电平，完成分析指令的功能。
3、时序电路：用来产生时间标志信号。在微型计算机中，时间标志信号一般为三级：指令周期、总线周期和时钟周期。微操作命令产生电路产生完成指令规定操作的各种微操作命令。这些命令产生的主要依据是时间标志和指令的操作性质。该电路实际是各微操作控制信号表达式（如上面的A→L表达式）的电路实现，它是组合逻辑控制器中为复杂的部分。
4、指令计数器：用来形成下一条要执行的指令的地址。通常，指令是顺序执行的，而指令在存储器中是顺序存放的。所以，一般情况下下一条要执行的指令的地址可通过将现行地址加1形成，微操作命令“1”就用于这个目的。如果执行的是转移指令，则下一条要执行的指令的地址是要转移到的地址。该地址就在本转移指令的地址码字段，将其直接送往指令计数器。
微程序控制器的提出是因为组合逻辑设计存在不便于设计、不灵活、不易修改和扩充等缺点。

种办法是在指令中包含了下一条指令的地址。在指令执行过程中将这个地址送人指令地址寄存器即可达到程序持续运行的目的。这个方法适用于早期以磁鼓、延迟线等串行装置作为主存储器的计算机。根据本条指令的执行时间恰当地决定下一条指令的地址就可以缩短读取下一条指令的等待时间，从而收到提高程序运行速度的效果。
第二种办法是顺序执行指令。一个程序由若干个程序段组成，每个程序段的指令可以设计成顺序地存放在存储器之中，所以只要指令地址寄存器兼有计数功能，在执行指令的过程中进行计数，自动加一个增量，就可以形成下一条指令的地址，从而达到顺序执行指令的目的。这个办法适用于以随机存储器作为主存储器的计算机。当程序的运行需要从一个程序段转向另一个程序段时，可以利用转移指令来实现。转移指令中包含了即将转去的程序段入口指令的地址。执行转移指令时将这个地址送人程序计数器(此时只作为指令地址寄存器，不计数)作为下一条指令的地址，从而达到转移程序段的目的。子程序的调用、中断和陷阱的处理等都用类似的方法。在随机存取存储器普及以后，第二种办法的整体运行效果大大地优于种办法，因而顺序执行指令已经成为主流计算机普遍采用的办法，程序计数器就成为中央处理器不可或缺的一个控制部件。
CPU内的每个功能部件都完成一定的特定功能。信息在各部件之间传送及数据的流动控制部件的实现。通常把许多数字部件之间传送信息的通路称为“数据通路”。信息从什么地方开始，中间经过哪个寄存器或多路开关，后传到哪个寄存器，都要加以控制。在各寄存器之间建立数据通路的任务，是由称为“操作控制器”的部件来完成的。
操作控制器的功能就是根据指令操作码和时序信号，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，从而完成取指令和执行指令的控制。
有两种由于设计方法不同因而结构也不同的控制器。微操作是指不可再分解的操作，进行微操作总是需要相应的控制信号(称为微操作控制信号或微操作命令)。一台数字计算机基本上可以划分为两大部分---控制部件和执行部件。控制器就是控制部件，而运算器、存储器、外围设备相对控制器来说就是执行部件。控制部件与执行部件的一种联系就是通过控制线。控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常这种控制命令叫做微命令，而执行部件接受微命令后所执行的操作就叫做微操作。控制部件与执行部件之间的另一种联系就是反馈信息。执行部件通过反馈线向控制部件反映操作情况，以便使得控制部件根据执行部件的状态来下达新的微命令，这也叫做“状态测试”。微操作在执行部件中是组基本的操作。由于数据通路的结构关系，微操作可分为
相容性和相斥性两种。在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。一般的微指令格式由操作控制和顺序控制两部分构成。操作控制部分用来发出管理和指挥全机工作的控制信号。其顺序控制部分用来决定产生下一个微指令的地址。事实上一条机器指令的功能是由许多条微指令组成的序列来实现的。这个微指令序列通常叫做微程序。既然微程序是有微指令组成的，那么当执行当前的一条微指令的时候。指出后继微指令的地址，以便当条微指令执行完毕以后，取下一条微指令执行。