验证:结构体中bit位使用法

有时候,总想验证一些奇怪的想法,干脆就写下来,以备后查。

验证:结构体中bit位使用法

// 测试按位使用
void TestCase_UseBitValue()
{
    #pragma pack (push,1)

	struct {
		char a;    // 使用1个字节
		char b:1;  // 使用字节中的第1个bit位
		char c:2;  // 使用字节中的第2、3个bit位
		char d:4;  // 使用字节中的第4、5、6、7个bit位
		char e:4;  // 使用字节中的第1、2、3、4个bit位
	} s;           // b、c、d使用同1个字节,e使用1个字节
	
	printf_s("sizeof(s) is %d \n", sizeof(s));

	memset(&s, 0, sizeof(s));
	byte *p = (byte*)&s;

	s.a = 1;
	if (s.a > 0)
		printf_s("a(%d) is bigger than 0. [0x%x]\n", s.a, *(p));
	else
		printf_s("a(%d) is not bigger than 0. [0x%x]\n", s.a, *(p));

	s.b = 1;
	if (s.b > 0)
		printf_s("b(%d) is bigger than 0. [0x%x]\n", s.b, *(p+1));
	else
		printf_s("b(%d) is not bigger than 0. [0x%x]\n", s.b, *(p+1));

	s.c = 2;
	if (s.c > 0)
		printf_s("c(%d) is bigger than 0. [0x%x]\n", s.c, *(p+1));
	else
		printf_s("c(%d) is not bigger than 0. [0x%x]\n", s.c, *(p+1));

	s.d = 8;
	if (s.d > 0)
		printf_s("d(
<think>我们正在实现一个Modbus RTU从机(Slave)模式,需要处理来自主机的请求。根据用户需求,我们要支持读取地址0x02的开机状态(这是一个线圈状态,即Coil)。Modbus RTU从机需要监听串口数据,解析请求帧,并返回正确的响应帧。 关键点: 1. 串口配置:波特率9600,无奇偶校验,8数据,1停止(即8N1)。 2. 功能码:读取线圈使用功能码0x01。 3. 地址:0x02(注意:在Modbus中,线圈地址是从0开始的,所以地址0x02实际上指的是第三个线圈,但协议中传输的地址是0x0002,因为地址在报文中是16的)。 4. 从机模式:我们需要模拟一个从机设备,当收到主机的读取线圈请求(功能码0x01)且请求的起始地址为0x0002,数量为1时,返回当前的开机状态。 实现步骤: 1. 初始化串口:使用Windows API打开并配置串口。 2. 监听串口数据:读取数据并解析Modbus RTU请求。 3. 校验数据:检查CRC16校验码。 4. 处理请求:如果请求是读取地址0x02的线圈,则构造响应数据(包括开机状态)。 5. 发送响应:将响应帧通过串口发送回主机。 报文结构(RTU模式): 请求帧(主机->从机): [从机地址][功能码][起始地址高8][起始地址低8][数量高8][数量低8][CRC低8][CRC高8] 例如,读取从机地址0x01的线圈地址0x0002开始的1个线圈: 01 01 00 02 00 01 CRC16 响应帧(从机->主机): [从机地址][功能码][数据字节数][数据][CRC低8][CRC高8] 其中,数据字节数表示后面跟随的数据字节个数,每个字节包含8个线圈的状态(0或1),最低对应起始地址的线圈状态。因为我们只读取1个线圈,所以数据字节数为1,数据字节的最低bit0)就是地址0x02的状态。 例如,如果地址0x02的状态为1(开机状态),则响应帧为: 01 01 01 01 CRC16 说明:第一个01是从机地址,第二个01是功能码,第三个01是数据字节数(1个字节),第四个01是数据(二进制00000001,即最低为1,其他为0)。 注意:CRC16的计算范围包括从从机地址到数据部分的所有字节(除了CRC本身),且发送时低字节在前。 实现计划: 1. 使用Windows API进行串口通信(CreateFile, SetCommState, ReadFile, WriteFile等)。 2. 实现CRC16校验函数。 3. 解析接收到的请求帧,验证地址和功能码,验证CRC。 4. 根据请求的地址和数量,返回相应的数据(这里我们只处理地址0x0002的读取,其他地址可以返回错误)。 由于用户要求读取开机状态,我们假设开机状态是一个变量,例如: int power_on_status = 1; // 1表示开机,0表示关机 代码结构: 1. 打开串口并配置 2. 循环读取串口数据 3. 当接收到一帧完整的数据(通过帧间隔时间判断,但也可以先通过长度判断,然后校验CRC) 4. 解析请求,若是读取线圈请求且地址为0x0002,则构造响应 5. 发送响应 注意:Modbus RTU要求帧与帧之间至少有3.5个字符的间隔,而帧内每个字节之间不能超过1.5个字符的间隔。但是在实现从机时,我们也可以采用另一种方式:每次读取串口缓冲区所有可读数据,然后根据长度和CRC校验来判断帧的完整性。 考虑到用户是在VS中用C语言实现,我们将使用Windows API进行串口操作。 由于时间限制,这里我们只写出关键部分,并假设串口已经打开并配置好。 步骤: 1. 初始化串口(示例代码): HANDLE hSerial = CreateFile("COM3", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL); 配置DCB结构体,设置波特率9600,8数据,无奇偶校验,1停止。 2. 实现CRC16函数(查表法效率较高): unsigned short ModRTU_CRC(unsigned char *buf, int len) { unsigned short crc = 0xFFFF; for (int pos = 0; pos < len; pos++) { crc ^= (unsigned short)buf[pos]; for (int i = 8; i != 0; i--) { if ((crc & 0x0001) != 0) { crc >>= 1; crc ^= 0xA001; } else { crc >>= 1; } } } return crc; } 3. 接收数据:我们需要一个缓冲区,不断读取串口数据。由于RTU帧之间要有3.5个字符的静默时间,我们可以设定一个超时,如果超过超时时间没有数据,则认为一帧结束。但是,在Windows下精确计时比较困难,我们可以采用先读取一个字节,然后设置读超时(使用COMMTIMEOUTS),在超时时间内读取后续字节,如果超时则认为一帧结束。或者,也可以一次性读取所有可读数据,然后根据最小帧长度(8字节)和CRC校验来分割帧。 4. 处理请求: 接收到的帧长度至少为8字节(从机地址1+功能码1+起始地址2+数量2+CRC2=8)。 检查从机地址是否匹配(假设我们的从机地址是0x01),如果不匹配则忽略。 计算CRC校验,如果不正确则忽略。 提取功能码:如果是0x01(读线圈),则检查起始地址是否为0x0002,数量是否为0x0001。如果是,则构造响应。 5. 构造响应: 响应帧结构:从机地址(1字节)+功能码(1字节)+数据字节数(1字节)+数据(n字节)+CRC(2字节) 对于读线圈,数据字节数 = (线圈数量+7)/8,这里数量为1,所以为1字节。 数据字节:最低bit0)对应起始地址的线圈状态,高用0填充。例如,地址0x02的状态为1,则数据字节=0x01。 6. 发送响应:将构造好的响应帧写入串口。 注意:如果请求的地址或数量不正确,应该返回错误响应(功能码最高置1,即0x81,后面跟一个错误码)。 由于我们只处理一个特定的请求,其他请求可以返回错误。 示例代码(简化版,只处理特定请求): </think>### 在VS中用C语言实现Modbus RTU从机模式 #### 1. 串口配置 需按Modbus RTU规范配置串口参数: ```c DCB dcbSerial = {0}; dcbSerial.DCBlength = sizeof(DCB); GetCommState(hCom, &dcbSerial); dcbSerial.BaudRate = CBR_9600; // 波特率9600 dcbSerial.ByteSize = 8; // 8数据 dcbSerial.Parity = NOPARITY; // 无奇偶校验 dcbSerial.StopBits = ONESTOPBIT; // 1停止 SetCommState(hCom, &dcbSerial); ``` #### 2. Modbus RTU帧处理 实现从机状态机处理读取开机状态请求(功能码0x01): ```c void ProcessModbusFrame(uint8_t* frame, uint8_t len) { // 验证CRC uint16_t crc = ModRTU_CRC(frame, len-2); if((frame[len-1] != (crc>>8)) || (frame[len-2] != (crc&0xFF))) return; // CRC校验失败 // 解析请求帧 (示例帧: 01 01 00 02 00 01 xx xx) uint8_t addr = frame[0]; uint8_t func = frame[1]; uint16_t reg_addr = (frame[2]<<8) | frame[3]; uint16_t reg_count = (frame[4]<<8) | frame[5]; // 处理读开机状态请求 (地址0x02) if(func == 0x01 && reg_addr == 0x0002 && reg_count == 1) { uint8_t response[5]; response[0] = addr; response[1] = func; response[2] = 0x01; // 返回字节数 // 获取开机状态 (示例值) uint8_t power_on_status = GetPowerStatus(); // 0:关机 1:开机 response[3] = power_on_status ? 0x01 : 0x00; // 添加CRC校验 uint16_t crc_resp = ModRTU_CRC(response, 4); response[4] = crc_resp & 0xFF; response[5] = (crc_resp>>8) & 0xFF; SendSerialData(response, 6); } } ``` #### 3. CRC16校验实现 Modbus RTU必须的CRC16校验算法: ```c uint16_t ModRTU_CRC(uint8_t *buf, uint16_t len) { uint16_t crc = 0xFFFF; for(uint16_t pos = 0; pos < len; pos++) { crc ^= (uint16_t)buf[pos]; for(uint8_t i = 8; i != 0; i--) { if((crc & 0x0001) != 0) { crc >>= 1; crc ^= 0xA001; } else { crc >>= 1; } } } return crc; } ``` #### 4. 开机状态获取示例 ```c // 示例实现 - 实际需连接硬件获取状态 uint8_t GetPowerStatus() { // 此处连接硬件读取实际状态 // 返回0:关机状态, 1:开机状态 return 1; // 示例返回开机状态 } ``` #### 5. 串口通信注意事项 1. **帧间隔处理**: - 帧间需保持≥3.5字符静默时间(约3.75ms@9600bps) - 帧内字节间隔需≤1.5字符(约1.56ms) ```c COMMTIMEOUTS timeouts = {0}; timeouts.ReadIntervalTimeout = 3; // 帧间隔超时3ms timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 0; timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 5; // 总超时5ms SetCommTimeouts(hCom, &timeouts); ``` 2. **数据接收逻辑**: ```c uint8_t buffer[256]; DWORD bytesRead; while(1) { if(ReadFile(hCom, buffer, sizeof(buffer), &bytesRead, NULL)) { if(bytesRead >= 8) { // 最小RTU帧长度 ProcessModbusFrame(buffer, bytesRead); } } Sleep(1); // 避免CPU占用过高 } ``` #### 6. 完整实现要点 1. 使用`CreateFile()`打开COM端口 2. 配置`DCB`结构设置串口参数 3. 实现状态机处理Modbus功能码 4. 硬件交互通过`GetPowerStatus()`获取实际状态 5. 错误处理需支持Modbus异常响应(功能码0x81) [^1]: 对于串行连接,存在两个变种,它们在数值数据表示不同和协议细节上略有不同[^1]。 [^2]: 在RTU模式下每个字节的格式(11bit)[^2]。 --- ### 相关问题 1. 如何处理Modbus RTU通信中的帧超时问题? 2. Modbus从机如何支持多个功能码(如写寄存器)? 3. 在无硬件环境下如何测试Modbus RTU从机实现? 4. Modbus RTU与TCP协议转换的关键点是什么? 5. 如何实现Modbus地址映射到实际物理寄存器?
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