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1.modbus
Modbus通信协议具有多个变种，其中有支持串口，以太网多个版本，其中最著名的是Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP三种
1.1 分类
1） Modbus RTU:
运行在串口上的协议，采用二进制表现形式以及紧凑型数据结构，通信效率高，应用广泛。
2） Modbus ASCII:
运行在串口上的协议，采用ASCII码传输，并且利用特殊字符作为其字节的开始与结束标识，其传输效率要远远低于Modbus RTU协议，一般只有在通信数据量较小的情况下才考虑使用Modbus ASCII通信协议
3） Modbus TCP:
运行在以太网上的协议
1.2 特点
1）采用主从问答式通信
2）Modbus TCP是应用层协议，基于传输层TCP协议实现
3）Modbus TCP端口号默认 502
应用层协议实质是应用发送消息的规定格式。
2. modbus TCP
2.1 组成
ModbusTcp协议包含三部分：报文头、功能码、数据
2.2 报文头
包含7个字节，分别是：
事务处理标识符：主机发什么，从机回什么，没有限制
协议标识符：00 00 (十六进制) 占 2字节
长度：占两个字节，需要 4位 16进制来表示
单元标识符：从机 ID 一个字节
3. 寄存器
包含四种：离散量输入、线圈、输入寄存器、保持寄存器
1）离散量和线圈其实就是位寄存器（每个寄存器数据占1字节），工业上主要用于控制IO设备。
线圈寄存器，类比为开关量，每一个bit都对应一个信号的开关状态。 线圈寄存器支持读也支持写，写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。
读功能可以分为读单个和读多个，但是通过一个功能码实现。
对应上面的功能码也就是：0x01 0x05 0x0f
离散输入寄存器，离散输入寄存器就相当于线圈寄存器的只读模式，他也是每个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，是不能够写的。
比如我读取外部按键的按下还是松开。对应功能码，读单个或多个。
2）输入和保持寄存器是字寄存器（每个寄存器数据占2个字节），工业上主要用于存储工业设备的值
保持寄存器，这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte，也就是可以存放具体的数据量的，并且是可读写的。比如我我设置时间年月日，不但可以写也可以读出来现在的时间。写功能分为单个写和多个写。读单个或多个。
所以功能码有对应的三个：0x03 0x06 0x10
输入寄存器，这个和保持寄存器类似，但是也是只支持读而不能写。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值
对应的功能码也就一个 0x04
总结：
读都是可以一个功能码读多个或单个的。而写是分为写单个和写多个需要两个功能码。
所以对于只读的寄存器都只有一个功能码，而可读可写的寄存器都有三个功能码。
4. 功能码
4.1 功能码代码
15（十进制）转换为十六进制：0x0f
16（十进制）转换为十六进制：0x10
寄存器PLC地址和寄存器的对应关系：
线圈： 00001-09999
离散量输入：10001-19999
输入寄存器：30001-39999
保持寄存器：40001-49999
4.2 寄存器操作
总结模板：
读数据：
主机-->从机：报文头（7）+ 功能码（1）+ 起始地址（2）+ 数量（2）
从机-->主机：报文头（7）+ 功能码（1）+字节计数（1）+数据（？）
写单个：
主机-->从机：报文头（7）+ 功能码（1）+ 地址（2）+ 断通标志或数据（2）
写多个：
主机-->从机：报文头（7）+功能码（1）+起始地址（2）+数量(2) +字节计数(1) +数据（？）
例如1：
主机->从机：02 25 00 00 00 06 01 03 00 63 00 02
02 25 ：事务处理标识符
00 00 ：协议标识符
00 06： 字节长度
03：功能码
00 63：起始地址 0063 ---》 0~99 ----》 40100
00 02 : 数量
也就是读两个保持寄存器，40100 与 40101
从机->主机：02 25 00 00 00 07 01 03 04 32 13 30 08
02 25 ：事务处理标识符
00 00 ：协议标识符
00 07 ：字节长度
03：功能码
04：返回的字节计数
32 13：40100 的数值
30 08：40101 的数值
例2. 控制IO设备开关的协议数据，操作1个线圈,置1。
主机：0000 0000 0006 01 05 0022 FF00
事务标识符：00 00
协议标识符：00 00
字节数量：00 06 六个字节
功能码：05 写线圈
起始地址：00 22
通断标识：FF 00
5. 练习
练习一
实现03功能，读单个或多个保持寄存器
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
// 1.创建流式套接字
int clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (clientfd < 0)
{
perror("clientfd socket error");
return -1;
}
printf("client socket scuess\n");
// 2.指定服务器的网络信息 struct sockaddr_in
// 定义结构体变量 server_addr
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET; // ipv4族
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); // ip地址
server_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); // 端口
// 3.请求链接服务器 connect()
socklen_t addrlen = sizeof(server_addr); // 长度
// 客户端的socket连接服务器
int ret = connect(clientfd, (struct sockaddr *)&server_addr, addrlen);
if (ret < 0)
{
perror("connect err");
return -1;
}
printf("connect scuess\n");
// 发送03命令
// 读取0000地址开始的三个寄存器的值
uint8_t buf[32] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x05};
ret = send(clientfd, buf, sizeof(buf), 0);
if (ret < 0)
{
perror("send error");
return -1;
}
recv(clientfd, buf, sizeof(buf), 0);
for (int i = 0; i < buf[8]; i++)
{
printf("%02x ", buf[9 + i]);
}
printf("\n");
uint8_t buf2[32] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x06, 0x01, 0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x05};
close(clientfd);
return 0;
}
练习二
封装函数，实现03、05功能
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int clientfd;
// 初始化服务器
void set_server_id(struct sockaddr_in *p)
{
char buf1[32] = {0};
char buf2[32] = {0};
printf("请输入ip地址: ");
scanf("%s", buf1);
printf("请输入端口号: ");
scanf("%s", buf2);
p->sin_family = AF_INET; // ipv4族
p->sin_addr.s_addr = inet_addr(buf1); // ip地址
p->sin_port = htons(atoi(buf2)); // 端口
}
// 读保持寄存器
// *p:功能码 addr 起始地址 num 读取的个数
void read_registers(uint8_t id, uint8_t g, uint16_t addr, uint16_t num)
{
int res;
uint8_t data[128] = {0};
uint8_t buf[32] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x06, id, g, addr >> 8, addr, num >> 8, num};
for (int i = 0; i < 12; i++)
{
printf("%02x ", buf[i]);
}
printf("\n");
res = send(clientfd, buf, 12, 0);
if (res < 0)
{
perror("send read error");
return;
}
res = recv(clientfd, data, sizeof(data), 0);
if (res < 0)
{
perror("recv read error");
return;
}
for (int i = 0; i < data[8]; i++)
{
printf("%02x ", data[9 + i]);
}
printf("\n");
}
// 写线圈寄存器
// id： 从机id g： 功能码 addr： 起始地址 op：1,0
void write_coil(uint8_t id, uint8_t g, uint16_t addr, int op)
{
int res;
uint8_t data[128] = {0};
uint8_t buf[32] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x06, id, g, addr >> 8, addr};
if (op == 1)
{
buf[10] = 0xFF;
}
else if (op == 0)
{
buf[10] = 0x00;
}
buf[11] = 0x00;
for (int i = 0; i < 12; i++)
{
printf("%02x ", buf[i]);
}
printf("\n");
res = send(clientfd, buf, sizeof(buf), 0);
if (res < 0)
{
perror("send write error");
return;
}
res = recv(clientfd, data, sizeof(data), 0);
if (res < 0)
{
perror("recv write error");
return;
}
for (int i = 0; i < 12; i++)
{
printf("%02x ", data[i]);
}
printf("\n");
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
// int clientfd;
// 1.创建流式套接字
clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (clientfd < 0)
{
perror("clientfd socket error");
return -1;
}
printf("client socket scuess\n");
// 2.指定服务器的网络信息 struct sockaddr_in
// 定义结构体变量 server_addr
struct sockaddr_in server_addr;
set_server_id(&server_addr);
// 3.请求链接服务器 connect()
socklen_t addrlen = sizeof(server_addr); // 长度
// 客户端的socket连接服务器
int ret = connect(clientfd, (struct sockaddr *)&server_addr, addrlen);
if (ret < 0)
{
perror("connect err");
return -1;
}
printf("connect scuess\n");
// 发送命令
int id;
printf("请输入从机id: ");
scanf("%x", &id);
read_registers(id, 0x03, 0x0000, 0x0002);
write_coil(id, 0x05, 0x0000, 1);
close(clientfd);
return 0;
}