Modbus_TCP在Android与STM32F4上的应用

今天记录的是在学习了Modbus_RTU之后学习学习Modbus_TCP,并通过android系统的APP读写保持寄存器。

一、引言

为了学习为了学习为了学习。重要的事情说三遍。好了，that's over.

二、实验目的

为了实现移动端与终端的数据通信，应用MODBUS的通信协议，实现单片机与手机端的数据通信。

三、实验器材

硬件：1、原子哥的STM32F429IGTx开发板。2、安卓手机一部
软件：1、MDK5。2、STM32CUBEMX。3、Android Studio

四、实验原理

本实验的实验原理主要分为通信协议部分、硬件部分、软件部分。

1、modbus通信协议

modbus是很久以前的通信协议了。大概给介绍一下。
Modbus协议包括两个通信规程中使用的MODBUS应用层和服务规范
a.串行链路的RTU协议（这个在之前介绍过）
b.TCP/IP上的MODBUS。

上图是MODBUS的IOS层模型的两个通信规程。本次实验主要介绍的就是Modbus on TCP.modbus是OSI模型的第七层报文传输协议，它连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。MODBUS是一个请求/应答协议，并提供功能码规定的服务。本文将介绍MODBUS协议的各个功能码，并主要介绍本实验用到的读写寄存器的功能码。
下面是关于MODBUS协议允许在各种网络体系结构内进行简单通信。包括PLC、HMI以及一些IO口通信

MODBUS协议是通过报文传输数据，报文的结构是由地址域、功能码、数据和差错校验组成的。一般情况下Modbus是使用CRC校验的，但是在实际的使用中，Modbus_TCP是不用CRC校验的。因为TCP协议本身就存在校验+重传功能，所以MODBUS协议在TCP的应用上是不需要CRC校验的。
下图是modbus的数据帧结构

因为modbus是请求/应答的形式，所以在整个通信协议当中存在主站和从站，而且是一个主站+多个从站的组合形式。而且通信都是modbus主站发送查询指令，然后从站根据主站发送过来的功能码进行相应的操作。
当服务器对客户机响应时，它使用功能码来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常响应）。对于一个正常响应来说，服务器仅对原始功能码响应。
下图分别是对正常响应以及异常响应的解析图。

关于modbus的一个逻辑流程图如下：

modbus的功能码有三个类型，分别是公共功能码、用户定义功能码、保留功能码。在这里主要使用的是公共功能码，便介绍公共功能码，至于其他功能码请自行翻阅modbus通信协议。
公共功能码一共有13个。其中有单个比特访问、16个比特访问、文件记录访问以及封装借口。

在这里主要应用的就是对保持寄存器的读写。因此主要使用的功能码就是03读保持寄存器功能码，以及06写单个寄存器功能码。
1.03 （0x03)读保持寄存器
在一个远程设备中，，使用该功能码读取保持寄存器连续块的内容。请求PDU说明了起始寄存器地址和寄存器数量。从零开始寻址寄存器。因此，寻址寄存器1-16为0-15.
将响应报文中的寄存器数据围城每个寄存器有两字节，在每个字节中直接地调整二进制内容。对于每个寄存器，第一个字节包括高位，并且第二个字节也包括低位比特。

下图是一个请求读寄存器108-110的实例：

将寄存器108的内容表示为两个十六进制字节值022B，或十进制555。将寄存器109-110的内容分别表示为十六进制0000和0064，或者十进制0和100。

2、06（0x06)
（偷点懒，直接上图。请大佬自行理解）


关于modbus大概就介绍到这里了，详细具体的细节还请自行了解modbus协议。如若有需要文档的，可以文末留言邮箱。

2、硬件

因本实验所用硬件载体为原子的阿波罗开发板STM32F429IGTx。是在STM32CUBEMX开发平台上配置相应的功能。由于是TCP/IP，而在开发板上只能板载轻型的TCP/IP协议即LWIP。下面是在CUBEMX上一些相应的配置。
使能ETH

由于要用到网络，需要用到操作系统，这里使能的是FREE RTOS

关于LWIP的使能，就是大概介绍一下

主要的都在这里了，毕竟是之前介绍过，就不具体详细讲了。如果不了解想知道的话可以看之前的博客。
https://mp.youkuaiyun.com/postedit/90084421

至于时钟树的配置都是不超过限定钟频即可。
关于硬件的配置就大体记录到这里了。

3、软件

软件这一部分包括开发板的程序以及安卓端的APP程序。
(1)开发板软件部分
在这里主要是移植了MODBUS的协议包。说实话，modbus_tcp比RTU简单超多，基本上把协议包移植过去就能直接使用了

协议包的内容我就不具体讲了，有需要的可以留言邮箱。都是根据Modbus协议转换成的代码。我也会把这个发到github上，有需要的可以自行下载。链接见文末。
在rtos的空闲任务队列中，加入两行代码

void TCPTask02(void const * argument)
{
   
   
  /* USER CODE BEGIN TCPTask02 */
	
	eMBTCPInit(0);	
	eMBEnable();
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
   
   
		//socket_server_init();
		eMBPoll();
    osDelay(1);
  }
  /* USER CODE END TCPTask02 */
}

关于这两个函数的详细代码

#if MB_TCP_ENABLED > 0
eMBErrorCode
eMBTCPInit( USHORT ucTCPPort )
{
   
   
    eMBErrorCode    eStatus = MB_ENOERR;

    if( ( eStatus = eMBTCPDoInit( ucTCPPort ) ) != MB_ENOERR )
    {
   
   
        eMBState = STATE_DISABLED;
    }
    else if( !xMBPortEventInit(  ) )
    {
   
   
        /* Port dependent event module initalization failed. */
        eStatus = MB_EPORTERR;
    }
    else
    {
   
   
        pvMBFrameStartCur = eMBTCPStart;
        pvMBFrameStopCur = eMBTCPStop;
        peMBFrameReceiveCur = eMBTCPReceive;
        peMBFrameSendCur = eMBTCPSend;
        pvMBFrameCloseCur = MB_PORT_HAS_CLOSE ? vMBTCPPortClose : NULL;
        ucMBAddress = MB_TCP_PSEUDO_ADDRESS;
        eMBCurrentMode = MB_TCP;
        eMBState = STATE_DISABLED;
    }
    return eStatus;
}
#endif

eMBEnable( void )
{
   
   
    eMBErrorCode    eStatus = MB_ENOERR;

    if( eMBState == STATE_DISABLED )
    {
   
   
        /* Activate the protocol stack. */
        pvMBFrameStartCur(  );
        eMBState = STATE_ENABLED;
    }
    else
    {
   
   
        eStatus = MB_EILLSTATE;
    }
    return eStatus;
}

eMBPoll( void )
{
   
   
    static UCHAR   *ucMBFrame;
    static UCHAR    ucRcvAddress;
    static UCHAR    ucFunctionCode;
    static USHORT   usLength;
    static eMBException eException;

    int             i;
    eMBErrorCode    eStatus = MB_ENOERR;
    eMBEventType    eEvent;

    /* Check if the protocol stack is ready. */
    if( eMBState != STATE_ENABLED )
    {