1、簡述

Modbus 協議是一種已廣泛應用于當今工業控制領域的通用通訊協議。通過此協議，控制器相互之間、或控制器經由網絡（如以太網）可以和其它設備之間進行通信。Modbus協議使用的是主從通訊技術，即由主設備主動查詢和操作從設備。一般將主控設備方所使用的協議稱為Modbus Master，從設備方使用的協議稱為Modbus Slave。典型的主設備包括工控機和工業控制器等；典型的從設備如PLC可編程控制器等。Modbus通訊物理接口可以選用串口（包括RS232和RS485），也可以選擇以太網口。其通信遵循以下的過程：

? 主設備向從設備發送請求；
? 從設備分析并處理主設備的請求，然后向主設備發送結果；
? 如果出現任何差錯，從設備將返回一個異常功能碼。

英創公司提供的ARM9嵌入式主板系列產品，均帶有豐富的串口、網絡資源，同時具有強大的處理能力，非常適用于作為Modbus 主設備的開發應用，為了加快做這類應用的開發速度，英創公司特推出Linux下的Modbus主控軟件，該軟件的是以C函數靜態庫文件libmbusmaster.a的形式提供給客戶。主要特征如下：

? 非常適用于實時的工業應用，特別可以廣泛應用于對于PLC的控制。
?可以支持基于串口的Modbus協議或者基于TCP的Modbus協議。
? 支持RTU傳輸模式。
? 支持大多數的Modbus功能碼操作，包括對線圈、離散開關輸入的位操作，以及對寄存器的字節操作。
? 支持廣播地址。
? 可以獲取通訊中傳輸協議的錯誤代碼的詳細信息。

2、Modbus Master API函數簡介

為了方便應用程序的使用，對不同的通訊介質保持一致的代碼形式，英創所提供的ModBus主控軟件包的API函數可以同時支持基于串口和TCP的Modbus Master協議，應用程序只需要在調用初始化函數時，用不同參數區分即可。有關Modbus通訊的具體使用方法，請參考Modbus標準文獻以及被控設備的通訊接口數據手冊。以下介紹英創Modbus主控軟件的相關API函數，各個函數的定義如下：

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功能描述：通過串口或者網絡TCP打開ModBus協議，連接到ModBus設備。對于串口方式，通過該函數打開串口，并設置相應串口的通訊參數，以滿足數據和控制命令的通訊；對于TCP方式，通過該函數和ModBus設備建立基于Socket方式的TCP連接，利用該連接進行數據和控制命令的通訊。
輸入參數 pPortName：
該參數為CHAR類型的字符串，該字符串中包含了打開ModBus協議的需要設置的通訊參數信息。對于串口模式和TCP兩種模式分別采用不同的格式的字符串。
(1) 串口模式：
字符串必須以ttyS作為開頭，后面再帶上需要設置的串口通訊參數。格式為： ttySIdx:baudRate-dataBits-stopBits-parity
其中Idx為串口序號，':' 后為串口通訊參數，各個通訊參數均用整型數據來表示，依次為波特率、數據位、停止位、校驗位，校驗位 0-無校驗 1-奇校驗 2-偶校驗。
如串口3作為通訊的協議口，波特率:9600bps、8為數據位、1個停止位、無校驗。其格式如下：
'ttyS3:9600-8-1-0' ;
也可以直接就用 'ttyS3' 來表示，表明串口所用的為缺省參數：波特率 9600bps 數據位 8 停止位 1 無奇偶校驗。
(2) TCP模式:
字符串以IP地址作為開頭，':'后為指定TCP連接的特殊端口號，ModBus協議中缺省端口為502。如果不需要指定特殊端口，可以不帶此參數。格式如：
'192.168.201.178' ，使用端口號為502;
'192.168.201.178:2000' ，使用端口號為2000;
返回值 = NULL: 連接ModBus設備失敗。
!= NULL: 連接ModBus設備成功，并返回相應的操作句柄。
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(1) HANDLE mbusMaster_OpenPortProtocol( char* pPortName );

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功能描述: 關閉ModBus設備連接，同時釋放使用的系統資源。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
返回值 = FALSE: 關閉操作失敗。 = TRUE: 關閉操作成功。
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(2) int mbusMaster_ClosePortProtocol( HANDLE hPort );

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功能描述: 設置ModBus通訊的超時時間，單位為毫秒。并返回實際設置的超時時間。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
milliseconds: ModBus通訊超時時間，單位為毫秒。
返回值 < 0: 操作失敗。 > 0: 實際設置的超時時間。
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(3) int mbusMaster_SetTimeout( HANDLE hPort, int milliseconds );

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功能描述: 讀取ModBus從機設備的線圈值，實現ModBus功能碼1。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
startRef: 需要讀取線圈的起始值，其范圍為: 1～0x10000
bitArr: 存放讀取線圈數據的數組
refCnt: 需要讀取的線圈數量，其范圍為: 1～2000
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。 = 0: 該功能操作成功。
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(4) int mbusMaster_ReadCoils( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, int bitArr[], UINT16 refCnt);

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功能描述: 讀取ModBus從機設備離散量的輸入值，實現ModBus功能碼2。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
startRef: 需要讀取離散量的起始值，其范圍為: 1～0x10000
bitArr: 存放讀取離散量輸入數據的數組
refCnt: 需要讀取的離散量數量，其范圍為: 1～2000
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。 = 0: 該功能操作成功。
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(5) int mbusMaster_ReadInputDiscretes( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, int bitArr[], UINT16 refCnt);

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功能描述: ModBus從機設備的單個線圈的寫入操作，實現ModBus功能碼5。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
bitAddr: 需要操作的線圈地址，其范圍為: 1～0x10000
bitVal: 寫入線圈的值, 1-置位(ON) 0-清(OFF)
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。= 0: 該功能操作成功。
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(6) int mbusMaster_WriteCoil( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 bitAddr, int bitVal );

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功能描述: ModBus從機設備的多個線圈的寫入操作，實現ModBus功能碼15。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
startRef: 需要設置的線圈起始值，其范圍為: 1～0x10000
bitArr: 需要設置線圈數據的數組
refCnt: 需要設置的線圈數量，其范圍為: 1～800
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。 = 0: 該功能操作成功。
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(7) int mbusMaster_ForceMultipleCoils( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, int bitArr[], UINT16 refCnt);

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功能描述: 讀取ModBus從機設備多個寄存器值，實現ModBus功能碼3。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
startRef: 需要讀取寄存器的起始值，其范圍為: 1～0x10000
regArr: 存放讀取寄存器值的數組
refCnt: 需要讀取的寄存器數量，其范圍為: 1～125
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。 = 0: 該功能操作成功。
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(8) int mbusMaster_ReadMultipleRegisters( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, UINT16 regArr[], UINT16 refCnt );

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功能描述: 讀取ModBus從機設備輸入寄存器值，實現ModBus功能碼4。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
startRef: 需要讀取輸入寄存器的起始值，其范圍為: 1～0x10000
regArr: 存放讀取輸入寄存器值的數組
refCnt: 需要讀取的輸入寄存器數量，其范圍為: 1～125
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。 = 0: 該功能操作成功。
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(9) int mbusMaster_ReadInputRegisters( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, UINT16 regArr[], UINT16 refCnt);

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功能描述: ModBus從機設備多個寄存器的寫操作，實現ModBus功能碼16。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
startRef: 需要讀取寄存器的起始值，其范圍為: 1～0x10000
regArr: 需寫入寄存器值的數組
refCnt: 需要操作的寄存器數量，其范圍為: 1～100
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。 = 0: 該功能操作成功。
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(10) int mbusMaster_WriteMultipleRegisters( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 startRef, UINT16 regArr[], UINT16 refCnt);

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功能描述: 對ModBus從機設備單個寄存器的寫操作，實現ModBus功能碼6。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
regAddr: 需要操作寄存器的地址，其范圍為: 1～0x10000
regVal: 需寫入寄存器的值
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。 = 0: 該功能操作成功。
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(11) int mbusMaster_WriteSingleRegister( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 regAddr, UINT16 regVal );

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 功能描述: 對ModBus從機設備屏蔽寫寄存器，實現ModBus功能碼22。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
regAddr: 需要操作寄存器的地址，其范圍為: 1～0x10000
andMask: 屏蔽寫與數據
orMask: 屏蔽寫或數據
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。 = 0: 該功能操作成功。
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(12) int mbusMaster_MaskWriteRegister( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 regAddr, UINT16 andMask, UINT16 orMask);

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功能描述: 對ModBus從機設備讀寫多個寄存器操作，實現ModBus功能碼23。
輸入參數 hPort: 連接ModBus設備返回的有效操作句柄。
slaveAddr: ModBus從機設備的地址，地址范圍為: 1～255
readRef: 需要讀取多個寄存器的起始值，其范圍為: 1～0x10000
readArr: 存放讀取寄存器值的數組
readCnt: 需要讀取的寄存器數量，其范圍為: 1～125
writeRef: 需要寫入多個寄存器的起始值，其范圍為: 1～0x10000
writeArr: 寫入寄存器值的數組
writeCnt: 需要寫入的寄存器數量，其范圍為: 1～125
返回值 != 0: 該功能操作失敗,返回值為相應的出錯代碼。 = 0: 該功能操作成功。
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(13) int mbusMaster_ReadWriteRegisters( HANDLE hPort, UCHAR slaveAddr, UINT16 readRef,UINT16 readArr[],UINT16 readCnt, UINT16 writeRef, UINT16 writeArr[], UINT16 writeCnt);

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功能描述: 獲取ModBus軟件包的版本信息。
返回值 : CHAR類型的字符串，為ModBus軟件包的版本信息。
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(14) char * mbusMaster_GetPackageVersion( );

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功能描述: 根據錯誤代碼獲取錯誤文本信息。
返回值 : CHAR類型的字符串，為錯誤文本信息。
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(15) char * mbusMaster_GetErrorText( int errCode );

3、應用例程

對于應用來說，所建立的應用程序工程只需要包含modbus_Master.h、libmbusmaster.a文件即可方便實現對于modbus Master協議API函數的調用。以下代碼為一個簡單的調用例程：

// MbusMasterTest.cpp : Defines the entry point for the application.
//
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include 'modbus_Master.h'
//char *hostName = '192.168.201.178';
//char *hostName = 'ttyS3:9600-8-1-0';
char hostName[80];
int main( int argc,char* argv[] )
{
int i1, result;
int portno, baudRate;
UINT16 dataArr[8];
char str[200];
HANDLE hPort;
// 解析命令行參數：串口號 波特率
if( argc > 1 )
portno = atoi( argv[1] );
else
portno = 3;
if( argc > 2 )
baudRate = atoi( argv[2]);
else
baudRate = 9600;
printf( 'port:%d baudrate:%d\n', portno, baudRate);
sprintf( hostName, 'ttyS%d:%d-8-1-0', portno, baudRate );
// 啟動ModBus協議，連接到Modbus設備
hPort = mbusMaster_OpenPortProtocol( hostName );
if( hPort==INVALID_HANDLE_VALUE )
{
printf( 'Open fail!\n');
return -1;
}
//進入主循環
for( ; ; )
{
result = mbusMaster_ReadMultipleRegisters( hPort, 1, 1,dataArr,sizeof(dataArr) / 2);
//result = mbusMaster_WriteCoil( hPort, 1, 1, 1 );
if (result == 0)
{
for (i1 = 0; i1 < int(sizeof(dataArr) / 2); i1++)
{
printf('[%d]: %hd\n', i1 + 1, dataArr[i1]);
}
}
else
{
strcpy( str,mbusMaster_GetErrorText( result ) );
i1 = strlen( str );
if( i1>0 )
{
printf( '%s!\n', str );
}
}
sleep(1);
}
mbusMaster_ClosePortProtocol( hPort );
return 0;
}

該工程文件中用到專用靜態庫libmbusmaster.a，在eclipse環境對此程序編譯時，需要設置相應的編譯屬性。在Project Explorer視窗下，選擇需要設置的工程文件，然后點擊鼠標右鍵，選擇 Properties項，在窗口中選擇C/C++ Build -> Settings -> Tool Settings -> Sourcery G++ C++ Linker -> Libraries，如下圖所示。其中的一個窗口用于指定庫文件的名稱，一個用于指定庫文件的路徑。

相關閱讀：Linux下的Modbus設備方協議軟件介紹