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Part1前言
Modbus是一种通信协议，用于在工业自动化领域中的电子设备之间进行通信。它最初是由Modicon在1979年创建的，现在已经成为一种工业标准，被广泛应用于工业控制系统、PLC（可编程逻辑控制器）和其他自动化设备。
Modbus协议主要分为三种模式：Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP。其中，Modbus RTU是一种串行通信模式，基于二进制通信，是应用最广泛的模式之一。在RTU协议中，设备分为两种工作模式：RTU Slave Mode和RTU Master Mode。
在RTU Slave Mode下，设备被动地等待RTU Master的请求，并响应请求中包含的命令。在该模式下，设备的主要任务是接收RTU Master发送的命令、执行这些命令，并将执行结果发送回RTU Master。在RTU Slave Mode下，设备通常会被编址，以便RTU Master可以识别它们。在命令请求中，RTU Master会指定要与哪个被编址的设备通信，并提供要执行的命令和参数。设备接收到请求后，会根据请求中提供的地址和命令执行相应的操作，并将执行结果返回给RTU Master。
在RTU Master Mode下，设备主动向RTU Slave发送命令，并等待响应。在该模式下，设备的主要任务是发送命令、接收响应，并解析响应中包含的数据。
在RTU Master Mode下，设备通常不需要编址，因为它主动发起通信。设备向RTU Slave发送命令时，会包含要执行的命令和参数，以及RTU Slave的地址。RTU Slave接收到请求后，会执行相应的操作，并将执行结果发送回RTU Master。设备接收到响应后，会解析响应中包含的数据，并根据需要进行后续处理。
Part2Modbus Rtu介绍
Modbus Rtu通常由帧起始符、地址码、功能码、数据域、校验码、帧结束符组成。帧起始符和帧结束符在示例数据帧中没有显示，通常由通信设备硬件电路自动添加。
帧起始符：Modbus RTU协议帧的起始符为一个11位长的标志位（3.5个字符），用于同步传输的时钟。
地址码：地址码表示Modbus RTU设备的从站地址或广播地址，用于指定数据帧所要访问的设备或广播数据。
功能码：功能码用于定义数据帧所要进行的操作类型，包括读取线圈状态、读取离散输入状态、读取保持寄存器、读取输入寄存器、写单个线圈、写单个保持寄存器等。
数据域：数据域是Modbus RTU协议帧中的核心部分，用于传输数据信息。根据功能码的不同，数据域可以包含读取或写入的数据信息，以及校验码等。
校验码：校验码用于检验Modbus RTU协议帧中数据的准确性和完整性，通常使用CRC校验码或LRC校验码。
帧结束符：帧结束符表示一个Modbus RTU协议帧的结束，通常是一个长度为3.5个字符的静默时间，用于指示下一帧数据的开始。
Part3python协议对接
为了能够快速的进行协议研究，我们首先基于python的库进行研究。地址https://github.com/ljean/modbus-tk。
slave创建
import modbus_tk
import modbus_tk.defines as cst
import modbus_tk.modbus as modbus
from modbus_tk import modbus_tcp, hooks
import sysdef on_handle_write_single_register_request(args):response = args[1]print(response)# 配置从站参数
server = modbus_tcp.TcpServer(address='127.0.0.1', port=502)
# 启动从站
server.start()hooks.install_hook('modbus.Slave.handle_write_single_register_request',on_handle_write_single_register_request)
slave_1 = server.add_slave(1)
slave_1.add_block('0', cst.HOLDING_REGISTERS, 0, 255)
slave_1.set_values('0', 0, 1234)# 响应主站请求
while True:name = input()break# 停止从站
server.stop()slave主要功能有两点：
1、设置寄存器的值，主站查询的时候，直接会应答 ，示例如slave_1.set_values('0', 0, 1234)
2、接收主站的请求，并进行相关处理，这里通过绑定一个回调函数的形式来实现。
hooks.install_hook('modbus.Slave.handle_write_single_register_request',on_handle_write_single_register_request)master创建
import modbus_tk
import modbus_tk.defines as cst
from modbus_tk import modbus_tcp# 建立TCP连接
master = modbus_tcp.TcpMaster(host='127.0.0.1', port=502)
master.set_timeout(5.0)# 读取保持寄存器数据
start_address = 0
number_of_registers = 9
values = master.execute(1, cst.READ_HOLDING_REGISTERS,start_address, number_of_registers)# 打印保持寄存器数据
print(values)start_address = 1
ret = master.execute(1, cst.WRITE_SINGLE_REGISTER,start_address, output_value=8)# 关闭连接
master.close()master主要功能也是两点：
1、读取子站寄存器的值，通过values = master.execute(1, cst.READ_HOLDING_REGISTERS, start_address, number_of_registers)
2、写入子站寄存器值，通过ret = master.execute(1, cst.WRITE_SINGLE_REGISTER, start_address, output_value=8)这里写入之后，在上面的子站中，就是回调函数那里进行处理。
Part4C++对接
由于虚幻引擎运行时，不支持python对接，所以我们还需要寻找一个C的库来方便集成。这里推荐下面的库https://github.com/stephane/libmodbus
这个库支持windows编译，编译步骤如下：
1、在src/win32目录下，运行nodejs脚本cscript configure.js
2、拷贝modbus-version.h文件到win32文件夹下面
3、添加ws2_32.lib依赖库
4、将其编译为动态库即可
默认的编译，会有不少函数定义的告警，这里需要在预编译处理的地方增加一个dll导出的宏。示例如下
编译好之后，就可以使用了。这里针对不同寄存器的操作，需要调用不同的函数。这里的寄存器对应于协议里面的就是功能码。如下所示
/** modbus_read_bits 读线圈 fc=1* modbus_read_input_bits 读输入线圈 fc=2* modbus_read_registers 读取保持寄存器 fc=3* modbus_read_input_registers 读输入寄存器 fc=4* modbus_write_bit 写一位数据（强置单线圈） fc=5* modbus_write_register 写单寄存器（预置单寄存器） fc=6* modbus_write_bits 写多位数据（强置多线圈） fc=15* modbus_write_and_read_registers 读/写多个寄存器 fc=23*/这里写了一个master的主站程序，示例如下：
#include <modbus.h>
#include <stdio.h>int main(int argc, char *argv[])
{modbus_t *ctx = nullptr;uint16_t tab_reg[64];int rc = 0;// 创建TCP连接的Master上下文环境ctx = modbus_new_tcp("192.168.0.1", 502);if (ctx == NULL){fprintf(stderr, "Unable to create modbus context\n");return -1;}// 连接到Slave设备if (modbus_connect(ctx) == -1){fprintf(stderr, "Unable to connect to modbus server\n");modbus_free(ctx);return -1;}// 读取Slave设备上的寄存器数据rc = modbus_read_registers(ctx, 0, 64, tab_reg);if (rc == -1){fprintf(stderr, "Unable to read registers\n");modbus_close(ctx);modbus_free(ctx);return -1;}// 输出读取到的数据for (int i = 0; i < 64; i++){printf("reg[%d]=%d\n", i, tab_reg[i]);}// 断开与Slave设备的连接modbus_close(ctx);modbus_free(ctx);return 0;
}Part5总结
本文主要介绍了基于python和C++的开源库，来实现modbus协议。
Part6Inveta团队
Inveta团队由研发、美术设计、建模等组成。团队介绍:
https://www.inveta.cn/about.html
团队开源项目：
https://github.com/inveta