ART-PI 中使用 Modbus 详解

关于 Modbus 的具体协议这篇文章不涉及,下面讨论并实际一下在 ART-PI 中如何使用 Modbus 进行 RS232/RS485 通信。

RT-Thread 引入 libmodbus

在 RT-Thread 的 package 中有两个关于 modbus 协议的包。

我们使用其中的 libmodbus 进行接下来的学习和开发。 libmodbus 是 Modbus 协议栈,包括 RTU 和 TCP 功能,因目前我这里只具备 RTU 实验条件,所以我们只使用 RTU 功能,TCP 功能是类似的。

配置 Kconfig

引入前我们需要检查工程目录下的 KConfig 文件中的配置是否正确,例如我的配置如下:

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mainmenu "RT-Thread Configuration"

config BSP_DIR
    string
    option env="BSP_ROOT"
    default "."

config RTT_DIR
    string
    option env="RTT_ROOT"
    default "rt-thread"

config PKGS_DIR
    string
    option env="PKGS_ROOT"
    default "packages"

source "$RTT_DIR/Kconfig"
source "$PKGS_DIR/Kconfig"
source "$RTT_DIR/../../libraries/Kconfig"

config RT_STUDIO_BUILT_IN
    bool
    select ARCH_ARM_CORTEX_M7
    select RT_USING_COMPONENTS_INIT
    select RT_USING_USER_MAIN
    default y

BSP_DIR : 是一个变量,指的是我们的板级支持包的目录路径是当前路径。

RTT_DIR : 指定的是 rt-thread 系统的包路径。

PAGS_DIR : 配置的是 packages 的路径。

如果这里的路径有所不对,则会在 Env 工具中执行 menuconfig 报错:

配置好这里的所有路径和跳转后的 Kconfig 路径后则会成功打开 menuconfig, 在里面配置打开 libmodbus 开关(这里建议打开示例代码选项)。

配置 HAL 库

配置完成后使用 scons --target=mdk5 进行构建,然后在 MDK5 中进行编译。

紧接着需要去使用 CubeMX 打开串口,操作过程参照文章 《RT-Thread 串口操作实践》

我们直接使用 menuconfig 进行配置吧,很简单 Hardware Drivers Config --> On-chip Peripheral --> Enable UART --> Enable UART1.

一切配置好后需要接一个 TTL 转 USB 模块和电脑连接进行模拟通信。

通信实例

作为服务机

RS232

这部分代码都不用写了,因为在示例代码中有。

因为目前我的板子上面是 TTL 电平,暂时无法进行 RS485 通信模拟,下面就以 RS232 为例,需要注释掉两行代码并修改通信模式为 RS232.

而且还需要注意串口名字为 /dev/uart1.

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#include "modbus_rtu_test.h"
#include "modbus.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"

//#define RS485_RE GET_PIN(G, 8)

static void test_thread(void *param)
{
    uint16_t tab_reg[64] = {0};
    modbus_t *ctx = RT_NULL;
    ctx = modbus_new_rtu("/dev/uart1", 115200, 'N', 8, 1);
    modbus_rtu_set_serial_mode(ctx, MODBUS_RTU_RS232);
    //modbus_rtu_set_rts(ctx, RS485_RE, MODBUS_RTU_RTS_UP);
    modbus_set_slave(ctx, 3);
    modbus_connect(ctx);
    modbus_set_response_timeout(ctx, 0, 1000000);
    int num = 0;
	
    while (1)
    {
        memset(tab_reg, 0, 64 * 2);
        int regs = modbus_read_registers(ctx, 0, 20, tab_reg);
        printf("-------------------------------------------\n");
        printf("[%4d][read num = %d]", num, regs);
        num++;
        int i;
        for (i = 0; i < 20; i++)
        {
            printf("<%#x>", tab_reg[i]);
        }
        printf("\n");
        printf("-------------------------------------------\n");
        rt_thread_mdelay(5000);
    }
    modbus_close(ctx);
    modbus_free(ctx);
}

static int rtu_test_init(void)
{
    //rt_pin_mode(RS485_RE, PIN_MODE_OUTPUT);
    rt_thread_t tid;
    tid = rt_thread_create("test",
                           test_thread, RT_NULL,
                           2048,
                           12, 10);
    if (tid != RT_NULL)
        rt_thread_startup(tid);
    return RT_EOK;
}
INIT_APP_EXPORT(rtu_test_init);

在 PC 上面虚拟一个客户机寄存器,并写入如下数据:

然后可从日志中看到读到的数据如下:

RS485

扩展板上面有一个 RS485 接口,如下图:

电路原理图如下:

查看电路原理图得知对应关系如下,配置到 board.h 中:

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#ifdef BSP_USING_UART5
#define BSP_UART5_TX_PIN       "PB13"
#define BSP_UART5_RX_PIN       "PB12"
#endif

并在 rkconfig.h 中添加如下代码:

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#define BSP_USING_UART5

最后还需要在 CubeMX 中打开串口 UART5.

RS485_RE 引脚对应管脚 PI4

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#define RS485_RE GET_PIN(I, 4)

最后注意修改串口模式为 RS485 并打开 /dev/uart5 进行通信。

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ctx = modbus_new_rtu("/dev/uart5", 115200, 'N', 8, 1);
modbus_rtu_set_serial_mode(ctx, MODBUS_RTU_RS485);
modbus_rtu_set_rts(ctx, RS485_RE, MODBUS_RTU_RTS_UP);
modbus_set_slave(ctx, 

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#include "modbus_rtu_test.h"
#include "modbus.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"

#define RS485_RE GET_PIN(I, 4)

static void test_thread(void *param)
{
    uint16_t tab_reg[64] = {0};
    modbus_t *ctx = RT_NULL;
    ctx = modbus_new_rtu("/dev/uart5", 115200, 'N', 8, 1);
    modbus_rtu_set_serial_mode(ctx, MODBUS_RTU_RS485);
    modbus_rtu_set_rts(ctx, RS485_RE, MODBUS_RTU_RTS_UP);
    modbus_set_slave(ctx, 1);
    modbus_connect(ctx);
    modbus_set_response_timeout(ctx, 0, 1000000);
    int num = 0;
    while (1)
    {
        memset(tab_reg, 0, 64 * 2);
				int regs = modbus_read_input_registers(ctx, 0xb0, 2, tab_reg);
        //int regs = modbus_read_registers(ctx, 0, 10, tab_reg);
        printf("-------------------------------------------\n");
        printf("[%4d][read num = %d]", num, regs);
        num++;
        int i;
        for (i = 0; i < 2; i++)
        {
            printf("<%#x>", tab_reg[i]);
        }
        printf("\n");
        printf("-------------------------------------------\n");
        rt_thread_mdelay(5000);
    }
    //7-关闭modbus端口
    modbus_close(ctx);

    //8-释放modbus资源
    modbus_free(ctx);
}

static int rtu_test_init(void)
{
    rt_pin_mode(RS485_RE, PIN_MODE_OUTPUT);
    rt_thread_t tid;
    tid = rt_thread_create("test",
                           test_thread, RT_NULL,
                           2048,
                           12, 10);
    if (tid != RT_NULL)
        rt_thread_startup(tid);
    return RT_EOK;
}
INIT_APP_EXPORT(rtu_test_init);

作为客户机

这里仅仅使用 RS232 算了,暂时没条件弄 RS485 总线,两者代码几乎一样,只是少许差别。

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#include "modbus_rtu_test.h"
#include "modbus.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"

#define RS485_RE GET_PIN(I, 4)

static void test_thread(void *param)
{

	/* 下面这些根据实际情况定义 */

	//线圈
	int UT_BITS_ADDRESS = 0;
	int UT_BITS_NB = 1;
	//离散量
	int UT_INPUT_BITS_ADDRESS = 1;
	int UT_INPUT_BITS_NB = 1;
	//保持寄存器
	int UT_REGISTERS_ADDRESS = 2;
	int UT_REGISTERS_NB_MAX = 1;
	//输入寄存器
	int UT_INPUT_REGISTERS_ADDRESS = 3;
	int UT_INPUT_REGISTERS_NB = 1;

	int rc;
	uint8_t *query;
	int slave_id = 8;
	int header_length;
	modbus_mapping_t *mb_mapping;
	modbus_t *ctx = RT_NULL;
	ctx = modbus_new_rtu("/dev/uart1", 115200, 'N', 8, 1);
	modbus_rtu_set_serial_mode(ctx, MODBUS_RTU_RS232);
	//modbus_rtu_set_rts(ctx, RS485_RE, MODBUS_RTU_RTS_UP);
	modbus_set_slave(ctx, slave_id);

	header_length = modbus_get_header_length(ctx);
	query = malloc(MODBUS_RTU_MAX_ADU_LENGTH);
	//modbus_set_debug(ctx, TRUE);
	mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(
		UT_BITS_ADDRESS, UT_BITS_NB,
		UT_INPUT_BITS_ADDRESS, UT_INPUT_BITS_NB,
		UT_REGISTERS_ADDRESS, UT_REGISTERS_NB_MAX,
		UT_INPUT_REGISTERS_ADDRESS, UT_INPUT_REGISTERS_NB);
	if (mb_mapping == NULL)
	{
		modbus_free(ctx);
		return;
	}
	modbus_connect(ctx);

	mb_mapping->tab_bits[0] = 1; //给线圈一个默认值进行测试

	int num = 0;
	while (1)
	{
		do
		{
			rc = modbus_receive(ctx, query);
		} while (rc == 0);
		if (rc == -1)
			continue;
		rc = modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
	}
	free(query);
	modbus_close(ctx);
	modbus_free(ctx);
}

static int rtu_test_init(void)
{
	rt_pin_mode(RS485_RE, PIN_MODE_OUTPUT);
	rt_thread_t tid;
	tid = rt_thread_create("test",
						   test_thread, RT_NULL,
						   2048,
						   12, 10);
	if (tid != RT_NULL)
		rt_thread_startup(tid);
	return RT_EOK;
}
INIT_APP_EXPORT(rtu_test_init);