使用stm32cubeide stm32f103 freeRTOS 实现Modbus RTU协议寄存器读写过程详解

1前言

项目需要使用MCU实现Modbus RTU协议与PLC通信，STM32作为从机需要将一些传感器信息上报给PLC，有时也需要STM32作为主机采用Modbus RTU协议获取伺服器或者其他设备的一些状态信息。这些信息不需要很多，很多场景下可能就几个地址的寄存器信息。文末给出使用工程的下载地址。

如下图所示，本文主要主要设计使用stm32cubeide stm32f103 freeRTOS 实现Modbus RTU协议对从机寄存器的读写。

2详细设计

采用STM32CubeIDE 1.19.0，其他版本类似，基本上一样，针对硬件配置如下

2.1时钟配置

采用8Mhz外部时钟经过倍频后放大

2.2调试串口1配置

如下图所示

该串口波特率设置为115200，用于调试信息打印，这里在main.c中添加如下代码，实现printf数据打印

cpp 复制代码

#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
	while((USART1->SR&0x40)==0){};
	USART1->DR = ch;
    return ch;
}

2.3485串口的配置

采用uart2作为485串口，波特率选择9600，打开NVIC Settings，是能接受中断。

打开该中断后会在stm32f4xx_it.c有如下中断处理函数

cpp 复制代码

/**
  * @brief This function handles USART2 global interrupt.
  */
void USART2_IRQHandler(void)

2.4freeRTOS的配置

使用freeRTOS可以简化编程，实现多任务编程。首先配置调试接口，可以根据需要配置，这里配置SW接口，这里需要配置Timebase Source为TIM1，避免和HAL库共用了SysTick时钟源。

添加485串口接受数据处理任务，以及对应的接受数据队列，这里也对默认任务的堆栈做了放大处理。

在Advanced settings中USE_NEWLIB_REENTRANT 需要Enabled，不然会又警告提示，项目实际上芯片资源充分，这里选择了使能。这里是否需要使能 USE_NEWLIB_REENTRANT 取决于应用需求。如果需要线程安全且可以接受额外的内存开销，建议启用此选项。如果不需要线程安全或内存资源有限，可以选择不启用，但需避免使用可能引发线程安全问题的函数。

3关键代码

3.1Modbus RTU 06功能码处理

针对06功能码，主要主机写入寄存器，将寄存器的值保存到本地。

cpp 复制代码

  // Modbus RTU 6号功能码函数
// Modbus RTU 主机写入寄存器值
void Modbus_RTU_Func6(u8 *src, u16 len)
{
	u16 Regadd;
	u16 val,j;

	Regadd = src[2] * 256 + src[3];  //得到要修改的地址
	val = src[4] * 256 + src[5];     //修改后的值

	setVal2Regadd(Regadd, val);

	// 开始返回Modbus RTU数据
	Modbus_RTU_485_TX_Mode;
	vTaskDelay(5);
	for(j=0;j<len;j++)
	{
		Modbus_RTU_Send_Byte(src[j]);
	}
	vTaskDelay(5);
	Modbus_RTU_485_RX_Mode;

}

3.2Modbus RTU 03功能码处理

03功能码主要实现主机读取寄存器数据的回复。将本地的数据返回给主机。

cpp 复制代码

// Modbus RTU 3号功能码函数
// Modbus RTU 主机读取寄存器值
void Modbus_RTU_Func3(u8 *src, u16 len)
{
	u16 Regadd,Reglen,crc,tmp,buf[8];
	u8 i,j;
	//要读取寄存器的首地址
	Regadd = src[2] * 256 + src[3];
	//要读取寄存器的数据长度
	Reglen = src[4] * 256 + src[5];
	//发送回应数据包
	i = 0;
	sendbuf[i++] = MY_MODBUS RTU_ADDR;      //发送本设备地址
	sendbuf[i++] = 0x03;              //发送功能码
	//Modbus_RTU.sendbuf[i++] = ((Reglen*2)/256);   //返回字节个数
	sendbuf[i++] = ((Reglen*2)%256);   //返回字节个数
	tmp = getValFromRegadd(Regadd, Reglen, buf);
	if(tmp == 0)
	{
		printf("getValFromRegadd tmp = %d,error\r\n", tmp);
		return;
	}

	for(j = 0;j < tmp; j++)                    //返回数据
	{
		sendbuf[i++] = buf[j]/256;//Reg[Regadd+j]/256;
		sendbuf[i++] = buf[j]%256;//Reg[Regadd+j]%256;
	}
	crc = Modbus_RTU_CRC16(sendbuf,i);    //计算要返回数据的CRC
	sendbuf[i++] = crc%256;
	sendbuf[i++] = crc/256;
	// 开始返回Modbus_RTU数据
	Modbus_RTU_485_TX_Mode;
	vTaskDelay(5);
	for(j=0;j<i;j++)
	{
		Modbus_RTU_Send_Byte(sendbuf[j]);
	}
	vTaskDelay(5);
	Modbus_RTU_485_RX_Mode;

}

3.3Modbus RTU crc校验函数

针对Modbus RTU crc校验的函数如下，Modbus RTU可以选择的校验很多这里采用CRC16，有时候可能对不上对方校验码，这时可能要考虑更换校验算法。

cpp 复制代码

u16  Modbus_RTU_CRC16(u8 *data, u16 length)//简化CRC校验提升通信速度
{
	u16 j;
	u16 reg_crc = 0xffff;
	while(length--)
	{
		reg_crc ^= *data++;
		for(j = 0; j < 8; j++)
		{
			if(reg_crc & 0x0001)
				reg_crc = (reg_crc>>1) ^ 0xa001;
			else
				reg_crc = reg_crc>>1;
		}
	}
	return reg_crc;
}