libmodbus 使用示例

介绍

​​libmodbus​​ 是一个免费、开源的软件库，用于使用 ​​Modbus​​ 协议进行通信。它用 C 语言编写，旨在提供一个简单、稳定且跨平台的解决方案，让应用程序能够轻松地作为 Modbus 主站（客户端）或从站（服务器）运行。

源码链接

• source : github.com/stephane/li...
• apt 安装（debian，ubuntu系统）：sudo apt install libmodbus-dev

Modbus使用示例 （ModbusMaster）

#pragma once

#include <modbus/modbus.h>
#include <unistd.h>

#include <cstring>
#include <memory>
#include <string>

#define LOG_ERROR(fmt, ...)                              \
  do {                                                   \
    fprintf(stderr, "[ERROR] " fmt "\n", ##__VA_ARGS__); \
  } while (0)

#define LOG_INFO(fmt, ...)                              \
  do {                                                  \
    fprintf(stdout, "[INFO] " fmt "\n", ##__VA_ARGS__); \
  } while (0)

class ModbusMaster {
 public:
  struct Option {
    std::string path = "/dev/ttyUSB0";
    int baud = 9600;
    char parity = 'N';
    int databit = 8;
    int stopbit = 1;
    int debug = 1;
    int modbus_cmd_delay_ms = 5;
  };

 public:
  ModbusMaster(const Option& option) : option_(option) {}
  ~ModbusMaster();

  bool Open() {
    if (ctx == nullptr) {
      return Connect();
    }
    LOG_INFO("modbus already opened");
    return true;
  }

  bool Close() {
    if (ctx != nullptr) {
      modbus_close(ctx);
      modbus_free(ctx);
      ctx = nullptr;
      LOG_INFO("modbus closed");
    }
    return true;
  }

  virtual void RunOnce() {
    if (this->ctx == nullptr) {
      LOG_ERROR("modbus ctx is null, please check connect.");
      return;
    }

    uint8_t data[UINT8_MAX];
    memset(data, 0, sizeof(data));
    int ret = 0;

    // Example: Read/Write Slave 1
    modbus_set_slave(ctx, 0);

    // read
    ret = modbus_read_input_bits(ctx, 0, 4, data);
    if (ret < 0) {
      LOG_ERROR("modbus_read_input_bits failed : %s", modbus_strerror(errno));
    } else {
      LOG_INFO("modbus_read_input_bits success:");
      for (int i = 0; i < ret; i++) {
        LOG_INFO("  bit[%d] = %d", i, data[i]);
      }
    }

    // Add delay between commands
    usleep(option_.modbus_cmd_delay_ms * 1000);

    // write
    uint8_t buff[4] = {0, 1, 0, 1};
    ret = modbus_write_bits(ctx, 0, 4, buff);
    if (ret < 0) {
      LOG_ERROR("modbus_write_bits failed : %s", modbus_strerror(errno));
    }
  }

  //
 private:
  bool Connect() {
    this->ctx =
        modbus_new_rtu(option_.path.c_str(), option_.baud, option_.parity,
                       option_.databit, option_.stopbit);

    if (this->ctx == nullptr) {
      LOG_ERROR("unable creat modbus : %s", option_.path.c_str());
      return false;
    }

    {
      int a = modbus_rtu_set_serial_mode(ctx, MODBUS_RTU_RS232);
      int c = modbus_rtu_get_serial_mode(ctx);
      if (c == -1) {
        LOG_ERROR("set rs485 failed : %s ", modbus_strerror(errno));
        return false;
      }

      int b = modbus_rtu_set_rts(ctx, MODBUS_RTU_RTS_UP);
      if (b == -1) {
        LOG_ERROR("set rts failed : %s ", modbus_strerror(errno));
        return false;
      }
    }

    {
      int a = modbus_set_slave(ctx, 1);
      if (a == -1) {
        LOG_ERROR("set slave failed : %s ", modbus_strerror(errno));
        return false;
      }

      modbus_set_debug(ctx, option_.debug);

      modbus_set_response_timeout(ctx, 0, 100 * 1000);

      a = modbus_connect(ctx);
      if (a == -1) {
        LOG_ERROR("modbus_connect failed : %s ", modbus_strerror(errno));
        return false;
      }
    }

    LOG_INFO("modbus start");
    return true;
  }

 private:
  Option option_;
  modbus_t* ctx = nullptr;
};

注意事项：

• 在 Connect() 过程中：

  • mode 需要设置成 MODBUS_RTU_RS232 （实际接口为232或485），设置成 RS485 会报错无法通信；
    • 参考以下源码实现 可以看到设置成 RS232 或 RS485 的区别；
    • 推测 工控机厂家 把 485，232 的驱动都配置成 通用的 232 串口设备；
    • 这一块需要参考 工控机厂家 提供的 资料进行判断；

  /// src/modbus-rtu.c : modbus_rtu_set_serial_mode
          if (mode == MODBUS_RTU_RS485) {
            // Get
            if (ioctl(ctx->s, TIOCGRS485, &rs485conf) < 0) {
                return -1;
            }
            // Set
            rs485conf.flags |= SER_RS485_ENABLED;
            if (ioctl(ctx->s, TIOCSRS485, &rs485conf) < 0) {
                return -1;
            }
  
            ctx_rtu->serial_mode = MODBUS_RTU_RS485;
            return 0;
        } else if (mode == MODBUS_RTU_RS232) {
            /* Turn off RS485 mode only if required */
            if (ctx_rtu->serial_mode == MODBUS_RTU_RS485) {
                /* The ioctl call is avoided because it can fail on some RS232 ports */
                if (ioctl(ctx->s, TIOCGRS485, &rs485conf) < 0) {
                    return -1;
                }
                rs485conf.flags &= ~SER_RS485_ENABLED;
                if (ioctl(ctx->s, TIOCSRS485, &rs485conf) < 0) {
                    return -1;
                }
            }
            ctx_rtu->serial_mode = MODBUS_RTU_RS232;
            return 0;
        }

  • MODBUS_RTU_RTS_UP 一般需要设置，根据 工控机厂家 提供的资料示例来配；
  • debug 测试的时候打开，可以看到详细的日志和数据；
  • timeout 根据实际情况设置，这里默认设置成 100ms;

• 在运行过程中 RunOnce :

  • 指令发送间需要有间隔时间，不然有的从站会无响应，数值大小根据从站厂家提供 或 自己测试；
  • 运行函数要与实际对象字典命令字对应，可以看 debug 输出的数据看是否正确；
  • 根据实际情况配置要读写的字典对象，注意一点波特率低的时候读写是比较慢的，不要高频进行操作；

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Modbus 库连接

• libmodbus 是通过 pkgconfig 来查找连接的,使用 -lmodbus 进行连接，位置在 ./lib/x86_64-linux-gnu/pkgconfig/libmodbus.pc
• 使用 cmake 的话一般 给modbus库配置 modbusConfig.cmake , modbusConfigVersion.cmake 方便查找；

Modbus 基本数据区介绍

Modbus 设备中定义的四种基本数据区，这是功能码存在意义的基础：

数据区名称	对象类型	访问权限	含义	举例
线圈	位（1 bit）	读/写	可开关的二进制状态	继电器的开(1)/关(0)，灯的亮/灭
离散输入	位（1 bit）	只读	只读的二进制状态	开关状态、故障报警信号
保持寄存器	字（16 bit）	读/写	可读写的数值数据	温度设定值、速度设定值、配置参数
输入寄存器	字（16 bit）	只读	只读的数值数据	温度测量值、压力传感器读数、流量值

功能码就是用来操作这些数据区的指令。

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功能码与 libmodbus 函数对照表

下表清晰地展示了标准功能码、其含义以及在 libmodbus 中对应的主站（客户端）常用函数。

功能码(十进制)	功能码(十六进制)	功能名称	操作类型	操作数据区	libmodbus 主站函数
1	0x01	读线圈	读	线圈	modbus_read_bits
2	0x02	读离散输入	读	离散输入	modbus_read_input_bits
3	0x03	读保持寄存器	读	保持寄存器	modbus_read_registers
4	0x04	读输入寄存器	读	输入寄存器	modbus_read_input_registers
5	0x05	写单个线圈	写	线圈	modbus_write_bit
6	0x06	写单个寄存器	写	保持寄存器	modbus_write_register
15	0x0F	写多个线圈	写	线圈	modbus_write_bits
16	0x10	写多个寄存器	写	保持寄存器	modbus_write_registers