MODBUS协议

MODBUS协议是一种广泛应用于工业领域的通信标准,支持多种物理层设备如RS-232、RS-422、RS-485及以太网设备。它定义了控制器间通信的消息结构,无论这些设备通过哪种网络进行通信。该协议最初由Modicon于1979年发布,是首个用于工业现场的总线协议。

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MODBUS协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备,包括PLC,DCS,智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。
Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。Modbus 协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如果回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。
Modbus是由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的,是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。
ModBus网络是一个工业通信系统,由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。其系统结构既包括硬件、亦包括软件。它可应用于各种数据采集和过程监控。
ModBus网络只有一个主机,所有通信都由他发出。网络可支持247个之多的远程从属控制器,但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。采用这个系统,各PC可以和中心主机交换信息而不影响各PC执行本身的控制任务。

Modbus热图
Modbus消息帧
Modbus消息帧
通用消息帧
通用消息帧

ASCII消息帧 (在消息中的每个8Bit 字节都作为两个ASCII字符发送)
十六进制,ASCII字符0...9,A...F
消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成
每个字节的位
1个起始位
n个数据位,最小的有效位先发送
1个奇偶校验位,无校验则无
1个停止位(有校验时),2个Bit(无校验时)
错误检测域
LRC(纵向冗长检测)

这里写图片描述

RTU消息帧
8位二进制,十六进制数0…9,A…F
消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成
每个字节的位
1个起始位
8个数据位,最小的有效位先发送
1个奇偶校验位,无校验则无
1个停止位(有校验时),2个Bit(无校验时)
错误检测域
CRC(循环冗长检测)
这里写图片描述

### 设备驱动模型的概念 设备驱动模型是一种用于管理硬件资源的操作系统机制,它通过抽象层将操作系统与底层硬件隔离开来。这种设计使得开发者可以更方便地编写适用于不同硬件平台的软件[^1]。 在 Linux 内核中,设备驱动模型的核心组件包括 kobject 子系统、总线、设备和驱动程序以及 Sysfs 文件系统。这些组成部分共同构建了一个统一的框架,使设备管理和配置变得更加高效和灵活。 Zephyr 是一种实时嵌入式操作系统 (RTOS),其驱动模型也遵循类似的结构化方法。该模型主要由五个基本元素构成:设备对象、驱动接口函数集合、初始化回调函数指针表、运行状态标志位组以及其他辅助数据成员。通过对这五部分的设计实现,能够完成特定功能模块的支持工作[^2]。 ### 实现方式 #### 1. **Linux 的设备驱动模型** - **Kobject 子系统**: Kobject 提供了一种通用的数据结构用来表示内核中的各种实体(如设备)。每一个 kobject 都会关联到 sysfs 中的一个目录节点,并允许用户空间访问控制相应的属性值。 - **总线、设备和驱动模型**: 总线代表连接多个物理或者逻辑装置之间的通信路径;而每台机器上的实际外设则被建模成一个个独立的对象——即 “device”。与此同时,“driver” 则定义了如何操作某个类型的 device 所需的一系列 API 接口描述符列表。 - **Sysfs 系统**: 它是一个基于内存的文件系统,提供了关于当前加载的所有 drivers 和 devices 的信息视图给应用程序查询使用。 #### 2. **Zephyr 的设备驱动模型** Zephyr RTOS 对于每一类具体的 peripheral 控制器都给出了标准化的 include 头档名下可供调用的标准服务命令集。当开发人员想要利用某款芯片内部集成的功能单元时,只需参照官方文档说明去实例化对应的 handler 即可快速上手应用层面编程。 另外,在实现阶段还需要特别注意针对上述提到过的那几个核心要素逐一落实细节处理方案: - 创建并注册新的 devicetree 节点; - 编写适配目标 SoC 架构特性的 probe 函数体代码片段; - 设置好 power management policy 参数选项等等。 ```c // 示例 C 语言代码展示简单的 GPIO 初始化过程 #include <zephyr/drivers/gpio.h> const struct device *dev; int ret; dev = device_get_binding(DT_LABEL(GPIO_PORT)); if (!dev) { printk("Error: failed to get %s\n", DT_LABEL(GPIO_PORT)); } ret = gpio_pin_configure(dev, PIN_NUMBER, GPIO_OUTPUT_ACTIVE); if (ret != 0) { printk("Error configuring pin %d (%d)\n", PIN_NUMBER, ret); } ```
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