源码加更06_QoS 事务调度、重试和生产级闭环

ControlRookie2026-07-03 16:24

源码加更06_QoS 事务调度、重试和生产级闭环

这一组源码加更只有一个目标：把 MqttBroker 的真实 ST 源码按工程阅读顺序讲完整。不是再补几段"看起来像源码"的片段，而是让读者能沿着源码对象理解这个 Broker 怎么组织、怎么运行、怎么排障。

适合谁收藏

  • 已经读过 MqttBroker 主线教程，想继续看真实源码实现的工程师。
  • 想学习 CodeSys ST 工程如何拆分 Broker、连接池、编解码、路由和 QoS 调度的人。
  • 想把 MQTT Broker 移植到 PLC、边缘控制器或教学工程里的开发者。

先给结论

这一篇看 Tx/Rx 两套调度器如何保存 Inflight 事务、推进 PUBACK/PUBREC/PUBREL/PUBCOMP、处理重试，并由顶层周期服务兜底。

QoS1/QoS2 的稳定性不是靠一次 TCP_Write。只要涉及 ACK、PacketId、Inflight、重试和清理，就必须把它当成事务闭环来做。

这篇覆盖 15 个源码文件，合计约 688 行 ST 代码。为了保持公开教程可读性，正文先讲源码阅读路径，再给完整源码。读代码时建议不要从第一个代码块一路机械读到底，而是按本篇的"读代码顺序"来抓主线。

从工程问题到代码职责

层次 本篇重点 你读源码时要抓住的判断
工程入口 程序如何启动、对象如何被实例化 先确认谁是入口，谁只是被调度的对象
数据边界 容量、状态、错误、缓冲区和表结构 先知道边界，后面排障才不会乱猜
协作关系 各 FB、函数和结构体如何互相传递数据 不按文件夹读，按数据流和状态流读
验证路径 在线观察应该看哪些变量 代码最终要能落到现场排障，而不是只停在源码阅读

本篇源码覆盖表

序号 源码对象 行数
1 FB_MqttBroker.M_ServiceRetries.st 68
2 FB_MqttBrokerRxScheduler.M_ClearSlot.st 35
3 FB_MqttBrokerRxScheduler.M_CompletePublish.st 41
4 FB_MqttBrokerRxScheduler.M_CountSlot.st 25
5 FB_MqttBrokerRxScheduler.M_RecordPublish.st 78
6 FB_MqttBrokerRxScheduler.M_TakePublishForPubRel.st 52
7 FB_MqttBrokerRxScheduler.st 18
8 FB_MqttBrokerTxScheduler.M_AckPublish.st 42
9 FB_MqttBrokerTxScheduler.M_ClearSlot.st 35
10 FB_MqttBrokerTxScheduler.M_CountSlot.st 25
11 FB_MqttBrokerTxScheduler.M_FindRetry.st 89
12 FB_MqttBrokerTxScheduler.M_ReceivePubComp.st 42
13 FB_MqttBrokerTxScheduler.M_ReceivePubRec.st 42
14 FB_MqttBrokerTxScheduler.M_RegisterPublish.st 78
15 FB_MqttBrokerTxScheduler.st 18

推荐阅读顺序

  • 先看 TxScheduler，理解 Broker 向客户端投递消息后的等待和重试。
  • 再看 RxScheduler，理解客户端向 Broker 发布 QoS2 时的接收闭环。
  • 最后看 M_ServiceRetries 如何周期性推动未完成事务。

验证和排障边界

  • 使用 QoS1/QoS2 高频发布订阅，观察是否重复、丢失或卡住。
  • 断开客户端后重连，检查 Inflight 清理和重试边界是否符合预期。

本篇完整开源代码

下面代码来自对应 .st 源文件的连续完整内容。为方便公开阅读，只保留源码对象名，不放本机工程路径。

完整代码 01: FB_MqttBroker.M_ServiceRetries.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_ServiceRetries
/// 功能      : 服务 QoS1 / QoS2 出站事务重发
/// 说明      : QoS1/QoS2 PUBLISH 重新进入投递队列，QoS2 PUBREL 进入协议优先队列。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_ServiceRetries : BOOL
VAR
    uiRetryIndex : UINT; // 本周期可处理的重试事务扫描索引[1..cnMaxRetryPerScan]
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
FOR uiRetryIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxRetryPerScan DO
    IF NOT fbTxScheduler.M_FindRetry(
        stRetry := stRetry,
        udiNowMs := udiNowMs,
        xFound => xRetryFound,
        xNeedPubRel => xRetryPubRel,
        uiPubRelSlot => uiRetryPubRelSlot,
        uiPubRelPacketId => uiRetryPubRelPacketId,
        xRetryFailed => xRetryFailed,
        uiFailedSlot => uiFailedSlot) THEN
        EXIT;
    END_IF

    IF NOT xRetryFailed AND NOT xRetryPubRel AND NOT xRetryFound THEN
        // M_FindRetry 在"扫描成功但当前没有任何到期重试事务"时也会返回 TRUE。
        // 这里必须立即退出预算循环，否则每个 PLC 周期都会空扫多次 TxInflight 表，
        // 在高频发布场景下会明显拉长扫描周期，表现为客户端之间消息转发延迟增大。
        EXIT;
    END_IF

    IF xRetryFailed THEN
        // 单条 QoS 出站投递重试耗尽，只丢弃该投递并记录统计，不再主动断开整个 MQTT 客户端。
        // 断开连接会导致通信猫/MQTTBox 在连续发布压力测试中表现为"发送一段时间突然掉线"，
        // 而工业轻量 Broker 更合适的策略是保护连接、释放事务槽、让后续消息继续流动。
        stMetrics.udiPublishDropped := stMetrics.udiPublishDropped + 1;
        IF uiFailedSlot <> 0 THEN
            M_LogDiag(uiSlot := uiFailedSlot, eError := E_MqttBrokerError.uiQoS1RetryExceeded, sMessage := 'Outbound QoS retry exceeded, message dropped');
        END_IF
    ELSIF xRetryPubRel THEN
        IF (uiRetryPubRelSlot >= 1) AND (uiRetryPubRelSlot <= GVL_MqttBroker.cnMaxClientSlots) THEN
            IF aConnections[uiRetryPubRelSlot].M_EnqueueProtocolAck(
                ePacketType := E_MqttPacketType.byPubRel,
                uiPacketId := uiRetryPubRelPacketId,
                byReturnCode := 0) THEN
                stMetrics.udiQoS2Retries := stMetrics.udiQoS2Retries + 1;
            END_IF
        END_IF
    ELSIF xRetryFound THEN
        IF (stRetry.uiTargetSlot >= 1) AND (stRetry.uiTargetSlot <= GVL_MqttBroker.cnMaxClientSlots) THEN
            IF aConnections[stRetry.uiTargetSlot].M_EnqueueDelivery(stDelivery := stRetry) THEN
                IF stRetry.eQoS = E_MqttQoS.byQoS1 THEN
                    stMetrics.udiQoS1Retries := stMetrics.udiQoS1Retries + 1;
                ELSE
                    stMetrics.udiQoS2Retries := stMetrics.udiQoS2Retries + 1;
                END_IF
            ELSE
                stMetrics.udiPublishDropped := stMetrics.udiPublishDropped + 1;
            END_IF
        END_IF
    END_IF
END_FOR

M_ServiceRetries := TRUE;

完整代码 02: FB_MqttBrokerRxScheduler.M_ClearSlot.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_ClearSlot
/// 功能      : 清理指定客户端的所有入站事务
/// 说明      : 客户端断线或槽位释放时调用，避免旧 PacketId 影响新会话。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_ClearSlot : BOOL
VAR_INPUT
    uiSlot  : UINT; // 需要清理的客户端槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
END_VAR
VAR
    uiIndex : UINT; // 入站事务表扫描索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxRxInflight DO
    IF aRxInflight[uiIndex].xUsed AND (aRxInflight[uiIndex].uiSlot = uiSlot) THEN
        aRxInflight[uiIndex].xUsed := FALSE;
        aRxInflight[uiIndex].uiSlot := 0;
        aRxInflight[uiIndex].uiPacketId := 0;
        aRxInflight[uiIndex].eDirection := E_MqttInflightDirection.iNone;
        aRxInflight[uiIndex].eState := E_MqttInflightState.iFree;
        aRxInflight[uiIndex].eQoS := E_MqttQoS.byQoS0;
        aRxInflight[uiIndex].stPublish.xValid := FALSE;
        IF uiInflightCount > 0 THEN
            uiInflightCount := uiInflightCount - 1;
        END_IF
    END_IF
END_FOR

eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
M_ClearSlot := TRUE;

完整代码 03: FB_MqttBrokerRxScheduler.M_CompletePublish.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_CompletePublish
/// 功能      : 完成并清理入站事务
/// 说明      : QoS1 在 PUBACK 排队成功后即可清理；QoS2 后续在 PUBCOMP 后清理。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_CompletePublish : BOOL
VAR_INPUT
    uiSlot     : UINT; // 入站事务所属客户端槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
    uiPacketId : UINT; // 需要完成的 Packet Identifier
END_VAR
VAR
    uiIndex    : UINT; // 入站事务表扫描索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxRxInflight DO
    IF aRxInflight[uiIndex].xUsed
        AND (aRxInflight[uiIndex].uiSlot = uiSlot)
        AND (aRxInflight[uiIndex].uiPacketId = uiPacketId) THEN
        aRxInflight[uiIndex].xUsed := FALSE;
        aRxInflight[uiIndex].uiSlot := 0;
        aRxInflight[uiIndex].uiPacketId := 0;
        aRxInflight[uiIndex].eDirection := E_MqttInflightDirection.iNone;
        aRxInflight[uiIndex].eState := E_MqttInflightState.iFree;
        aRxInflight[uiIndex].eQoS := E_MqttQoS.byQoS0;
        aRxInflight[uiIndex].stPublish.xValid := FALSE;
        IF uiInflightCount > 0 THEN
            uiInflightCount := uiInflightCount - 1;
        END_IF
        eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
        M_CompletePublish := TRUE;
        RETURN;
    END_IF
END_FOR

eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
M_CompletePublish := TRUE;

完整代码 04: FB_MqttBrokerRxScheduler.M_CountSlot.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_CountSlot
/// 功能      : 统计指定客户端槽位的入站事务数量
/// 说明      : 用于连接快照诊断，不改变事务状态。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_CountSlot : UINT
VAR_INPUT
    uiSlot  : UINT; // 需要统计的客户端槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
END_VAR
VAR
    uiIndex : UINT; // 入站事务表扫描索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
M_CountSlot := 0;

FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxRxInflight DO
    IF aRxInflight[uiIndex].xUsed AND (aRxInflight[uiIndex].uiSlot = uiSlot) THEN
        M_CountSlot := M_CountSlot + 1;
    END_IF
END_FOR

完整代码 05: FB_MqttBrokerRxScheduler.M_RecordPublish.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_RecordPublish
/// 功能      : 记录入站 QoS>0 PUBLISH 事务
/// 说明      : QoS1 用于诊断和重复 PacketId 防护；QoS2 后续在此扩展去重闭环。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_RecordPublish : BOOL
VAR_INPUT
    stPublish : ST_MqttBrokerPublishFrame; // 入站发布帧
    udiNowMs  : ULINT; // 当前系统时间戳[ms]
END_VAR
VAR
    uiIndex   : UINT; // 入站事务表扫描索引
    uiFree    : UINT; // 首个空闲入站事务槽位索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
IF stPublish.eQoS = E_MqttQoS.byQoS0 THEN
    M_RecordPublish := TRUE;
    RETURN;
END_IF

IF stPublish.uiPacketId = 0 THEN
    eLastError := E_MqttBrokerError.uiProtocolMalformed;
    M_RecordPublish := FALSE;
    RETURN;
END_IF

uiFree := 0;

FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxRxInflight DO
    IF aRxInflight[uiIndex].xUsed THEN
        IF (aRxInflight[uiIndex].uiSlot = stPublish.uiSourceSlot)
            AND (aRxInflight[uiIndex].uiPacketId = stPublish.uiPacketId) THEN
            aRxInflight[uiIndex].udiLastActionMs := udiNowMs;
            aRxInflight[uiIndex].stPublish := stPublish;
            eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
            M_RecordPublish := TRUE;
            RETURN;
        END_IF
    ELSIF uiFree = 0 THEN
        uiFree := uiIndex;
    END_IF
END_FOR

IF uiFree = 0 THEN
    eLastError := E_MqttBrokerError.uiRxInflightFull;
    M_RecordPublish := FALSE;
    RETURN;
END_IF

aRxInflight[uiFree].xUsed := TRUE;
aRxInflight[uiFree].xDupOnRetry := FALSE;
aRxInflight[uiFree].xRouteDone := stPublish.eQoS <> E_MqttQoS.byQoS2;
aRxInflight[uiFree].uiSlot := stPublish.uiSourceSlot;
aRxInflight[uiFree].uiPacketId := stPublish.uiPacketId;
aRxInflight[uiFree].uiRetryCount := 0;
aRxInflight[uiFree].eDirection := E_MqttInflightDirection.iRx;
aRxInflight[uiFree].eQoS := stPublish.eQoS;
aRxInflight[uiFree].udiCreatedAtMs := udiNowMs;
aRxInflight[uiFree].udiLastActionMs := udiNowMs;
aRxInflight[uiFree].stPublish := stPublish;

CASE stPublish.eQoS OF
    E_MqttQoS.byQoS1:
        aRxInflight[uiFree].eState := E_MqttInflightState.iRxPublishSeen;
    E_MqttQoS.byQoS2:
        aRxInflight[uiFree].eState := E_MqttInflightState.iWaitPubRel;
ELSE
        aRxInflight[uiFree].eState := E_MqttInflightState.iFault;
END_CASE

uiInflightCount := uiInflightCount + 1;
eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
M_RecordPublish := TRUE;

完整代码 06: FB_MqttBrokerRxScheduler.M_TakePublishForPubRel.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_TakePublishForPubRel
/// 功能      : 根据 PUBREL 取出入站 QoS2 发布帧
/// 说明      : 只有未路由过的 QoS2 事务会返回发布帧，保证 exactly once 路由语义。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_TakePublishForPubRel : BOOL
VAR_INPUT
    uiSlot     : UINT; // 收到 PUBREL 的客户端槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
    uiPacketId : UINT; // PUBREL 携带的 Packet Identifier
    udiNowMs   : ULINT; // 当前系统时间戳[ms]
END_VAR
VAR_IN_OUT
    stPublish  : ST_MqttBrokerPublishFrame; // 返回给顶层路由的原始 QoS2 发布帧
END_VAR
VAR_OUTPUT
    xNeedRoute : BOOL; // TRUE 表示本次 PUBREL 首次完成，应执行一次路由
END_VAR
VAR
    uiIndex    : UINT; // 入站事务表扫描索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
xNeedRoute := FALSE;
stPublish.xValid := FALSE;

FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxRxInflight DO
    IF aRxInflight[uiIndex].xUsed
        AND (aRxInflight[uiIndex].uiSlot = uiSlot)
        AND (aRxInflight[uiIndex].uiPacketId = uiPacketId)
        AND (aRxInflight[uiIndex].eQoS = E_MqttQoS.byQoS2) THEN
        aRxInflight[uiIndex].udiLastActionMs := udiNowMs;

        IF NOT aRxInflight[uiIndex].xRouteDone THEN
            stPublish := aRxInflight[uiIndex].stPublish;
            stPublish.xValid := TRUE;
            aRxInflight[uiIndex].xRouteDone := TRUE;
            aRxInflight[uiIndex].eState := E_MqttInflightState.iCompleted;
            xNeedRoute := TRUE;
        END_IF

        eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
        M_TakePublishForPubRel := TRUE;
        RETURN;
    END_IF
END_FOR

eLastError := E_MqttBrokerError.uiProtocolMalformed;
M_TakePublishForPubRel := FALSE;

完整代码 07: FB_MqttBrokerRxScheduler.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : FB_MqttBrokerRxScheduler
/// 功能      : Broker 入站 QoS 事务调度器
/// 说明      : 首版记录 QoS1 入站 PUBLISH 并立即允许 PUBACK，QoS2 状态位完整预留。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
FUNCTION_BLOCK FB_MqttBrokerRxScheduler
VAR_OUTPUT
    uiInflightCount : UINT; // 当前入站事务表有效数量
    eLastError      : E_MqttBrokerError; // 接收事务调度器最近一次错误码
END_VAR
VAR
    aRxInflight : ARRAY[1..GVL_MqttBroker.cnMaxRxInflight] OF ST_MqttBrokerInflightMessage; // 入站 QoS>0 事务表
END_VAR
// === IMPLEMENTATION ===

完整代码 08: FB_MqttBrokerTxScheduler.M_AckPublish.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_AckPublish
/// 功能      : 处理订阅者返回的 PUBACK
/// 说明      : QoS1 出站事务收到匹配 PacketId 后清理；QoS2 后续在此扩展 PUBREC/PUBCOMP。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_AckPublish : BOOL
VAR_INPUT
    uiSlot     : UINT; // 返回 PUBACK 的订阅者槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
    uiPacketId : UINT; // PUBACK 携带的 Packet Identifier
END_VAR
VAR
    uiIndex    : UINT; // 出站事务表扫描索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxTxInflight DO
    IF aTxInflight[uiIndex].xUsed
        AND (aTxInflight[uiIndex].uiSlot = uiSlot)
        AND (aTxInflight[uiIndex].uiPacketId = uiPacketId)
        AND (aTxInflight[uiIndex].eState = E_MqttInflightState.iWaitPubAck) THEN
        aTxInflight[uiIndex].xUsed := FALSE;
        aTxInflight[uiIndex].uiSlot := 0;
        aTxInflight[uiIndex].uiPacketId := 0;
        aTxInflight[uiIndex].eDirection := E_MqttInflightDirection.iNone;
        aTxInflight[uiIndex].eState := E_MqttInflightState.iFree;
        aTxInflight[uiIndex].eQoS := E_MqttQoS.byQoS0;
        aTxInflight[uiIndex].stPublish.xValid := FALSE;
        IF uiInflightCount > 0 THEN
            uiInflightCount := uiInflightCount - 1;
        END_IF
        eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
        M_AckPublish := TRUE;
        RETURN;
    END_IF
END_FOR

eLastError := E_MqttBrokerError.uiProtocolMalformed;
M_AckPublish := FALSE;

完整代码 09: FB_MqttBrokerTxScheduler.M_ClearSlot.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_ClearSlot
/// 功能      : 清理指定客户端的所有出站事务
/// 说明      : 断线或槽位释放时调用，防止旧事务在新连接上误重发。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_ClearSlot : BOOL
VAR_INPUT
    uiSlot  : UINT; // 需要清理的客户端槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
END_VAR
VAR
    uiIndex : UINT; // 出站事务表扫描索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxTxInflight DO
    IF aTxInflight[uiIndex].xUsed AND (aTxInflight[uiIndex].uiSlot = uiSlot) THEN
        aTxInflight[uiIndex].xUsed := FALSE;
        aTxInflight[uiIndex].uiSlot := 0;
        aTxInflight[uiIndex].uiPacketId := 0;
        aTxInflight[uiIndex].eDirection := E_MqttInflightDirection.iNone;
        aTxInflight[uiIndex].eState := E_MqttInflightState.iFree;
        aTxInflight[uiIndex].eQoS := E_MqttQoS.byQoS0;
        aTxInflight[uiIndex].stPublish.xValid := FALSE;
        IF uiInflightCount > 0 THEN
            uiInflightCount := uiInflightCount - 1;
        END_IF
    END_IF
END_FOR

eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
M_ClearSlot := TRUE;

完整代码 10: FB_MqttBrokerTxScheduler.M_CountSlot.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_CountSlot
/// 功能      : 统计指定客户端槽位的出站事务数量
/// 说明      : 用于连接快照诊断，不改变事务状态。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_CountSlot : UINT
VAR_INPUT
    uiSlot  : UINT; // 需要统计的客户端槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
END_VAR
VAR
    uiIndex : UINT; // 出站事务表扫描索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
M_CountSlot := 0;

FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxTxInflight DO
    IF aTxInflight[uiIndex].xUsed AND (aTxInflight[uiIndex].uiSlot = uiSlot) THEN
        M_CountSlot := M_CountSlot + 1;
    END_IF
END_FOR

完整代码 11: FB_MqttBrokerTxScheduler.M_FindRetry.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_FindRetry
/// 功能      : 查找需要重发的 QoS1 出站事务
/// 说明      : QoS1 重发 PUBLISH；QoS2 在等待 PUBREC 时重发 PUBLISH，在等待 PUBCOMP 时重发 PUBREL。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_FindRetry : BOOL
VAR_INPUT
    udiNowMs     : ULINT; // 当前系统时间戳[ms]
END_VAR
VAR_IN_OUT
    stRetry      : ST_MqttBrokerPublishFrame; // 返回给发送队列的重发发布帧
END_VAR
VAR_OUTPUT
    xFound       : BOOL; // TRUE 表示找到一条需要重发的事务
    xNeedPubRel  : BOOL; // TRUE 表示本次需要重发 PUBREL，而不是重发 PUBLISH
    uiPubRelSlot : UINT; // 需要重发 PUBREL 的目标槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
    uiPubRelPacketId : UINT; // 需要重发 PUBREL 的 Packet Identifier
    xRetryFailed : BOOL; // TRUE 表示有事务达到最大重试次数
    uiFailedSlot : UINT; // 重试失败事务所属槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
END_VAR
VAR
    uiIndex      : UINT; // 出站事务表扫描索引
    udiElapsedMs : ULINT; // 距离该事务上次发送已经过去的时间[ms]
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
xFound := FALSE;
xNeedPubRel := FALSE;
uiPubRelSlot := 0;
uiPubRelPacketId := 0;
xRetryFailed := FALSE;
uiFailedSlot := 0;

FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxTxInflight DO
    IF aTxInflight[uiIndex].xUsed
        AND ((aTxInflight[uiIndex].eState = E_MqttInflightState.iWaitPubAck)
            OR (aTxInflight[uiIndex].eState = E_MqttInflightState.iWaitPubRec)
            OR (aTxInflight[uiIndex].eState = E_MqttInflightState.iWaitPubComp)) THEN
        udiElapsedMs := udiNowMs - aTxInflight[uiIndex].udiLastActionMs;

        IF udiElapsedMs >= TO_ULINT(GVL_MqttBroker.cnQoS2RetryIntervalMs) THEN
            IF aTxInflight[uiIndex].uiRetryCount >= GVL_MqttBroker.cnQoS2MaxRetry THEN
                xRetryFailed := TRUE;
                uiFailedSlot := aTxInflight[uiIndex].uiSlot;
                // 工业轻量 Broker 不能因为单条出站 QoS 投递重试耗尽就长期占住事务槽。
                // 这里释放失败事务，由顶层记录丢弃计数和诊断，但不强制断开整个客户端连接。
                aTxInflight[uiIndex].xUsed := FALSE;
                aTxInflight[uiIndex].uiSlot := 0;
                aTxInflight[uiIndex].uiPacketId := 0;
                aTxInflight[uiIndex].uiRetryCount := 0;
                aTxInflight[uiIndex].eDirection := E_MqttInflightDirection.iNone;
                aTxInflight[uiIndex].eState := E_MqttInflightState.iFree;
                aTxInflight[uiIndex].eQoS := E_MqttQoS.byQoS0;
                aTxInflight[uiIndex].stPublish.xValid := FALSE;
                IF uiInflightCount > 0 THEN
                    uiInflightCount := uiInflightCount - 1;
                END_IF
                eLastError := E_MqttBrokerError.uiQoS1RetryExceeded;
                M_FindRetry := TRUE;
                RETURN;
            END_IF

            aTxInflight[uiIndex].uiRetryCount := aTxInflight[uiIndex].uiRetryCount + 1;
            aTxInflight[uiIndex].udiLastActionMs := udiNowMs;
            aTxInflight[uiIndex].xDupOnRetry := TRUE;

            IF aTxInflight[uiIndex].eState = E_MqttInflightState.iWaitPubComp THEN
                xNeedPubRel := TRUE;
                uiPubRelSlot := aTxInflight[uiIndex].uiSlot;
                uiPubRelPacketId := aTxInflight[uiIndex].uiPacketId;
            ELSE
                stRetry := aTxInflight[uiIndex].stPublish;
                stRetry.xDup := TRUE;
                xFound := TRUE;
            END_IF

            eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
            M_FindRetry := TRUE;
            RETURN;
        END_IF
    END_IF
END_FOR

eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
M_FindRetry := TRUE;

完整代码 12: FB_MqttBrokerTxScheduler.M_ReceivePubComp.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_ReceivePubComp
/// 功能      : 处理订阅者返回的 PUBCOMP
/// 说明      : QoS2 出站事务收到 PUBCOMP 后完成 exactly once 投递闭环并清理事务。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_ReceivePubComp : BOOL
VAR_INPUT
    uiSlot     : UINT; // 返回 PUBCOMP 的订阅者槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
    uiPacketId : UINT; // PUBCOMP 携带的 Packet Identifier
END_VAR
VAR
    uiIndex    : UINT; // 出站事务表扫描索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxTxInflight DO
    IF aTxInflight[uiIndex].xUsed
        AND (aTxInflight[uiIndex].uiSlot = uiSlot)
        AND (aTxInflight[uiIndex].uiPacketId = uiPacketId)
        AND (aTxInflight[uiIndex].eState = E_MqttInflightState.iWaitPubComp) THEN
        aTxInflight[uiIndex].xUsed := FALSE;
        aTxInflight[uiIndex].uiSlot := 0;
        aTxInflight[uiIndex].uiPacketId := 0;
        aTxInflight[uiIndex].eDirection := E_MqttInflightDirection.iNone;
        aTxInflight[uiIndex].eState := E_MqttInflightState.iFree;
        aTxInflight[uiIndex].eQoS := E_MqttQoS.byQoS0;
        aTxInflight[uiIndex].stPublish.xValid := FALSE;
        IF uiInflightCount > 0 THEN
            uiInflightCount := uiInflightCount - 1;
        END_IF
        eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
        M_ReceivePubComp := TRUE;
        RETURN;
    END_IF
END_FOR

eLastError := E_MqttBrokerError.uiProtocolMalformed;
M_ReceivePubComp := FALSE;

完整代码 13: FB_MqttBrokerTxScheduler.M_ReceivePubRec.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_ReceivePubRec
/// 功能      : 处理订阅者返回的 PUBREC
/// 说明      : QoS2 出站 PUBLISH 收到 PUBREC 后，事务进入等待 PUBCOMP，并由连接层优先发送 PUBREL。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_ReceivePubRec : BOOL
VAR_INPUT
    uiSlot     : UINT; // 返回 PUBREC 的订阅者槽位编号[1..cnMaxClientSlots]
    uiPacketId : UINT; // PUBREC 携带的 Packet Identifier
    udiNowMs   : ULINT; // 当前系统时间戳[ms]
END_VAR
VAR_OUTPUT
    xNeedPubRel : BOOL; // TRUE 表示顶层应向该订阅者发送 PUBREL
END_VAR
VAR
    uiIndex     : UINT; // 出站事务表扫描索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
xNeedPubRel := FALSE;

FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxTxInflight DO
    IF aTxInflight[uiIndex].xUsed
        AND (aTxInflight[uiIndex].uiSlot = uiSlot)
        AND (aTxInflight[uiIndex].uiPacketId = uiPacketId)
        AND (aTxInflight[uiIndex].eState = E_MqttInflightState.iWaitPubRec) THEN
        aTxInflight[uiIndex].eState := E_MqttInflightState.iWaitPubComp;
        aTxInflight[uiIndex].udiLastActionMs := udiNowMs;
        aTxInflight[uiIndex].uiRetryCount := 0;
        xNeedPubRel := TRUE;
        eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
        M_ReceivePubRec := TRUE;
        RETURN;
    END_IF
END_FOR

eLastError := E_MqttBrokerError.uiProtocolMalformed;
M_ReceivePubRec := FALSE;

完整代码 14: FB_MqttBrokerTxScheduler.M_RegisterPublish.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : M_RegisterPublish
/// 功能      : 登记 Broker 出站 QoS1/QoS2 PUBLISH 事务
/// 说明      : QoS0 不进入事务表；QoS1 等待订阅者 PUBACK；QoS2 状态预留。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
METHOD M_RegisterPublish : BOOL
VAR_INPUT
    stPublish : ST_MqttBrokerPublishFrame; // 已发送或即将发送给订阅者的发布帧
    udiNowMs  : ULINT; // 当前系统时间戳[ms]
END_VAR
VAR
    uiIndex   : UINT; // 出站事务表扫描索引
    uiFree    : UINT; // 首个空闲出站事务槽位索引
END_VAR

// === IMPLEMENTATION ===
IF stPublish.eQoS = E_MqttQoS.byQoS0 THEN
    M_RegisterPublish := TRUE;
    RETURN;
END_IF

IF stPublish.uiPacketId = 0 THEN
    eLastError := E_MqttBrokerError.uiProtocolMalformed;
    M_RegisterPublish := FALSE;
    RETURN;
END_IF

uiFree := 0;

FOR uiIndex := 1 TO GVL_MqttBroker.cnMaxTxInflight DO
    IF aTxInflight[uiIndex].xUsed THEN
        IF (aTxInflight[uiIndex].uiSlot = stPublish.uiTargetSlot)
            AND (aTxInflight[uiIndex].uiPacketId = stPublish.uiPacketId) THEN
            aTxInflight[uiIndex].udiLastActionMs := udiNowMs;
            aTxInflight[uiIndex].stPublish := stPublish;
            eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
            M_RegisterPublish := TRUE;
            RETURN;
        END_IF
    ELSIF uiFree = 0 THEN
        uiFree := uiIndex;
    END_IF
END_FOR

IF uiFree = 0 THEN
    eLastError := E_MqttBrokerError.uiTxInflightFull;
    M_RegisterPublish := FALSE;
    RETURN;
END_IF

aTxInflight[uiFree].xUsed := TRUE;
aTxInflight[uiFree].xDupOnRetry := FALSE;
aTxInflight[uiFree].xRouteDone := TRUE;
aTxInflight[uiFree].uiSlot := stPublish.uiTargetSlot;
aTxInflight[uiFree].uiPacketId := stPublish.uiPacketId;
aTxInflight[uiFree].uiRetryCount := 0;
aTxInflight[uiFree].eDirection := E_MqttInflightDirection.iTx;
aTxInflight[uiFree].eQoS := stPublish.eQoS;
aTxInflight[uiFree].udiCreatedAtMs := udiNowMs;
aTxInflight[uiFree].udiLastActionMs := udiNowMs;
aTxInflight[uiFree].stPublish := stPublish;

CASE stPublish.eQoS OF
    E_MqttQoS.byQoS1:
        aTxInflight[uiFree].eState := E_MqttInflightState.iWaitPubAck;
    E_MqttQoS.byQoS2:
        aTxInflight[uiFree].eState := E_MqttInflightState.iWaitPubRec;
ELSE
        aTxInflight[uiFree].eState := E_MqttInflightState.iFault;
END_CASE

uiInflightCount := uiInflightCount + 1;
eLastError := E_MqttBrokerError.uiNoError;
M_RegisterPublish := TRUE;

完整代码 15: FB_MqttBrokerTxScheduler.st

iecst 复制代码 
/// =======================================================================
/// 名称      : FB_MqttBrokerTxScheduler
/// 功能      : Broker 出站 QoS 事务调度器
/// 说明      : 管理 Broker 到订阅者方向的 QoS1 在途消息、PUBACK 收口和重发选择。
/// 编程人员  : ControlRookie
/// 时间      : 2026-05-08
/// 版本      : V1.0
/// =======================================================================
{attribute 'hide_all_locals'}
FUNCTION_BLOCK FB_MqttBrokerTxScheduler
VAR_OUTPUT
    uiInflightCount : UINT; // 当前出站事务表有效数量
    eLastError      : E_MqttBrokerError; // 发送事务调度器最近一次错误码
END_VAR
VAR
    aTxInflight : ARRAY[1..GVL_MqttBroker.cnMaxTxInflight] OF ST_MqttBrokerInflightMessage; // 出站 QoS>0 事务表
END_VAR
// === IMPLEMENTATION ===

这一篇你最该记住的几句话

  • Broker 源码不要按"文件夹顺序"读，要按"入口、状态、数据、报文、路由、事务"读。
  • CodeSys ST 工程最容易失控的不是语法，而是对象职责边界混乱。
  • 只要你能把本篇源码对象和在线变量对应起来，后续排查连接、订阅、发布和 QoS 问题就不会乱。

系列导航

  • 第 1 篇：源码加更01_Broker 工程入口、容量边界和数据模型
  • 第 2 篇：源码加更02_FB_MqttBroker 顶层调度、连接池和权限边界
  • 第 3 篇：源码加更03_单连接槽位、TCP 字节流和发送队列
  • 第 4 篇：源码加更04_MQTT 编解码器和字节工具函数
  • 第 5 篇：源码加更05_订阅表、Retain、PUBLISH 路由和业务事件
  • 第 6 篇：源码加更06_QoS 事务调度、重试和生产级闭环
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