【HAL库】STM32CubeMX开发----STM32F407----LAN8720A----移植FreeModbus实现ModbusTCP

news2024/9/23 11:24:45

前言

本次实验以 STM32F407VET6 芯片为MCU，使用 25MHz 外部时钟源。
以太网PHY层芯片为 LAN8720A，移植FreeModbus实现ModbusTCP网口通信。
具体内容参考文章：【HAL库】STM32CubeMX开发----STM32F407----ETH+LAN8720A+LWIP----ping通

本次移植FreeModbus中的TCP功能，做客户端（从机），实现网口TCP-Modbus通信。

一、FreeModbus源码下载

FreeModbus源码下载链接：https://www.embedded-experts.at/en/freemodbus-downloads/

点击下载
在这里插入图片描述

源码压缩包如下：

在这里插入图片描述

二、移植FreeModbus源码----新建TCP功能文件

本次实验，要实现FreeModbus的TCP功能，新建一个 FreeModbus_TCP 文件夹，将需要的文件都移植，具体文件移植如下：

步骤1

打开 freemodbus-v1.6 文件夹，点击 modbus 文件夹。

在这里插入图片描述

步骤2

将modbus 文件夹中的全部文件移植到新建的 FreeModbus_TCP 文件夹中。
在这里插入图片描述

步骤3

将freemodbus-v1.6\demo\STR71XTCP中的 port 文件，移植到新建的 FreeModbus_TCP 文件夹中。

在这里插入图片描述

步骤4

移植最终结果，新建的 FreeModbus_TCP 文件夹内容如下：

在这里插入图片描述

三、移植FreeModbus源码----TCP功能文件 移植 到STM32工程文件中。

本次使用的是能够实现以太网ping通的STM32F407工程。
工程源码：STM32F407-ETH+LAN8720A+LWIP-无操作系统-ping通----程序源码

步骤1

将FreeModbus_TCP 文件夹复制到工程文件中。

在这里插入图片描述

步骤2

使用keil5打开工程，将FreeModbus_TCP 文件夹中的文件导入。

在这里插入图片描述

选择FreeModbus_TCP 文件夹中的 functions 文件夹的全部.c文件。

在这里插入图片描述

选择FreeModbus_TCP 文件夹中的 port 文件夹的全部.c文件。

在这里插入图片描述
选择FreeModbus_TCP 文件夹中的 tcp 文件夹的全部.c文件。
在这里插入图片描述
选择FreeModbus_TCP 文件夹中的mb.c文件。
在这里插入图片描述

最终结果如下

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

步骤3

点击魔法棒，选择 C/C++，添加文件路径。

在这里插入图片描述

添加文件路径

在这里插入图片描述

添加结果如下

在这里插入图片描述
编译程序，会出现一些错误，下面编辑程序，消除错误。

四、移植FreeModbus源码----编辑程序

步骤1：修改 mbconfig.h

关闭 MB_ASCII 和 MB_RTU，打开 MB_TCP。

在这里插入图片描述

步骤2：修改 port.h

将27行：#include “71x_type.h” 注释掉。
将39行到46行的注释，打开。
具体代码如下：

在这里插入图片描述

步骤3：修改 portevent.c

将以下程序，替换原来的程序。

/* ----------------------- Modbus includes ----------------------------------*/
#include "mb.h"
#include "mbport.h"

/* ----------------------- Variables ----------------------------------------*/
static eMBEventType eQueuedEvent;
static BOOL     xEventInQueue;

/* ----------------------- Start implementation -----------------------------*/
BOOL
xMBPortEventInit( void )
{
    xEventInQueue = FALSE;
    return TRUE;
}

BOOL
xMBPortEventPost( eMBEventType eEvent )
{
    xEventInQueue = TRUE;
    eQueuedEvent = eEvent;
    return TRUE;
}

BOOL
xMBPortEventGet( eMBEventType * eEvent )
{
    BOOL            xEventHappened = FALSE;

    if( xEventInQueue )
    {
        *eEvent = eQueuedEvent;
        xEventInQueue = FALSE;
        xEventHappened = TRUE;
    }
    return xEventHappened;
}

步骤4：修改 porttcp.c

在24行，添加 #include “string.h”。
在43行，添加 #define NETCONN_COPY 0x01。

在这里插入图片描述

将120行和135行的 vPortEnterCritical( );，注释掉。

在这里插入图片描述
将148行的 vMBPortEventClose( ); 注释掉。
在这里插入图片描述

步骤5：修改 mb.c

将232行的 ENTER_CRITICAL_SECTION( );，注释掉。
将261行的 EXIT_CRITICAL_SECTION( );，注释掉。

在这里插入图片描述

步骤6：新建文件

User_modbus_TCP.c文件

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "User_modbus_TCP.h"
#include "mb.h"
#include "mbutils.h"

void ModbusTCPInit(void)
{
    eMBTCPInit(MODBUS_TCP_PORT);
    eMBEnable();
}

void ModbusTCPDeInit(void)
{
    eMBDisable();
    eMBClose();
}

void ModbusTCPMain(void)
{
    if (MB_ENOERR != eMBPoll())
    {
        ModbusTCPDeInit();
        ModbusTCPInit();
    }
}

//线圈
#define REG_Coils_START   1
#define REG_Coils_SIZE    10

uint8_t  Coils_Data[REG_Coils_SIZE] = {1,1,0,1,0,0,1,1,1,0};

/**
 * @brief: 读线圈---01，写线圈---05
 *
 * @param pucRegBuffer  缓存指针
 * @param usAddress     起始地址
 * @param usNCoils      线圈数量
 * @param eMode         读写模式
 * @return eMBErrorCode 错误码
 */
eMBErrorCode eMBRegCoilsCB(UCHAR *pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNCoils, eMBRegisterMode eMode)
{
    uint16_t i = 0,byteOffset=0,bitOffset=0,RegIndex = usAddress - REG_Coils_START-1;
    if ((usAddress >= REG_Coils_START)&&(usAddress + usNCoils <= REG_Coils_START + REG_Coils_SIZE+1))
    {
        if (MB_REG_READ == eMode)
        {
          for(i=0;i<usNCoils;i++)
          {
              byteOffset = i / 8;
              bitOffset = i % 8;
              xMBUtilSetBits(&pucRegBuffer[byteOffset], bitOffset, 1, Coils_Data[RegIndex+i]);
          }
        }
        else
        {
          for(i=0;i<usNCoils;i++)
          {
              byteOffset = i / 8;
              bitOffset = i % 8;
              Coils_Data[RegIndex+i]=xMBUtilGetBits(&pucRegBuffer[byteOffset], bitOffset, 1);
          }
        }
    }
    else
    {
        return MB_ENOREG;
    }
    
    return MB_ENOERR;
}

 //离散寄存器
#define REG_DISCRETE_START   10
#define REG_DISCRETE_SIZE    20

uint8_t  Discrete_Data[REG_DISCRETE_SIZE] = {1,1,0,1,0,0,1,1,1,0,1,0,0,1};

/**
 * @brief:读离散寄存器---02
 *
 * @param pucRegBuffer  缓存指针
 * @param usAddress     起始地址
 * @param usNDiscrete   寄存器个数
 * @return eMBErrorCode 返回错误码
 */
eMBErrorCode eMBRegDiscreteCB(UCHAR *pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNDiscrete)
{
    uint16_t i = 0,byteOffset=0,bitOffset=0,RegIndex = usAddress - REG_DISCRETE_START-1;
  
    if ((usAddress >= REG_DISCRETE_START)&&(usAddress + usNDiscrete <= REG_DISCRETE_START + REG_DISCRETE_SIZE+1))
    {
      for(i=0;i<usNDiscrete;i++)
      {
          byteOffset = i / 8;
          bitOffset = i % 8;
          xMBUtilSetBits(&pucRegBuffer[byteOffset], bitOffset, 1, Discrete_Data[RegIndex+i]);
      }
    }
    else
    {
        return MB_ENOREG;
    }

    return MB_ENOERR;
}

//保持寄存器
#define REG_HOLDING_REGISTER_START   10
#define REG_HOLDING_REGISTER_SIZE    30

uint16_t  Holding_Data[REG_HOLDING_REGISTER_SIZE] = 
{0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0x10,0x11,0x12};

/**
 * @brief: 读保持寄存器---03，写保持寄存器---06
 *
 * @param pucRegBuffer  缓存指针
 * @param usAddress     起始地址
 * @param usNRegs       寄存器个数
 * @param eMode         读写模式
 * @return eMBErrorCode 返回错误码
 */

eMBErrorCode eMBRegHoldingCB(UCHAR *pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs, eMBRegisterMode eMode)
{
    uint16_t i = 0,RegIndex = usAddress - REG_HOLDING_REGISTER_START-1;
  
    if ((usAddress >= REG_HOLDING_REGISTER_START )&&(usAddress + usNRegs <= REG_HOLDING_REGISTER_START  + REG_HOLDING_REGISTER_SIZE+1))
    {
        if (MB_REG_READ == eMode)//读
        {
          for(i=0;i<usNRegs;i++)
          {
            pucRegBuffer[i*2] = (UCHAR)(Holding_Data[RegIndex+i]>>8);
            pucRegBuffer[i*2+1] = (UCHAR)Holding_Data[RegIndex+i];
          }
        }
        else//写
        {
          for(i=0;i<usNRegs;i++)
          {
            Holding_Data[RegIndex+i]=(pucRegBuffer[i*2]<<8)|(pucRegBuffer[i*2+1]);
          }
        }
    }
    else
    {
        return MB_ENOREG;
    }

    return MB_ENOERR;
}

//输入寄存器
#define REG_INPUT_REGISTER_START    1
#define REG_INPUT_REGISTER_SIZE    20

uint16_t  Input_Data[REG_DISCRETE_SIZE] = 
{100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119};
/**
 * @brief: 读输入寄存器---04
 *
 * @param pucRegBuffer  缓存指针
 * @param usAddress     起始地址
 * @param usNRegs       寄存器个数
 * @return eMBErrorCode 返回错误码
 */
eMBErrorCode eMBRegInputCB(UCHAR *pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs)
{
    uint16_t i = 0,RegIndex = usAddress - REG_INPUT_REGISTER_START-1;
    if ((usAddress >= REG_INPUT_REGISTER_START)&&(usAddress + usNRegs <= REG_INPUT_REGISTER_START + REG_INPUT_REGISTER_SIZE+1))
    {
        for(i=0;i<usNRegs;i++)
        {
          pucRegBuffer[i*2] = (UCHAR)(Input_Data[RegIndex+i]>>8);
          pucRegBuffer[i*2+1] = (UCHAR)Input_Data[RegIndex+i];
        }
    }
    else
    {
        return MB_ENOREG;
    }
    
    return MB_ENOERR;
}

/**********************printf重定向****************************/
//取消ARM的半主机工作模式
#pragma import(__use_no_semihosting)//标准库需要的支持函数                 
struct __FILE 
{ 
    int handle; 
}; 
FILE __stdout;       
void _sys_exit(int x) //定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
{ 
    x = x; 
} 

int fputc(int ch, FILE *f)
{  
    return ch;
}

需要加上printf重定向（关于printf重定向的文章），不加上，程序就会卡死，我也不知道什么原因，有哪位大神知道，可以评论说一下，非常感谢。

User_modbus_TCP.h文件

#ifndef __User_modbbus_TCP_H__
#define	__User_modbbus_TCP_H__

#include "main.h"

#define MODBUS_TCP_PORT 4002

extern void ModbusTCPInit(void);
extern void ModbusTCPMain(void);

#endif

步骤7：在主函数中调用ModbusTCP

在主函数初始化中，调用 ModbusTCPInit();
在主函数while运行中，调用 ModbusTCPMain();

在这里插入图片描述

五、移植FreeModbus源码----测试验证

使用 Modbus Poll 软件，测试 ModbusTCP 功能。
Modbus Poll 软件----下载和安装

步骤1：打开Modbus Poll 软件

在这里插入图片描述

步骤2：打开连接配置窗口，配置连接

点击菜单栏"Connection"->“Connect…”（或者按快捷键F3）弹出连接配置窗口。

在这里插入图片描述
选择 ModbusTCP/IP，然后配置IP地址，然后选择端口，其他时间都是默认值，然后点击 OK 。

在这里插入图片描述

步骤3：配置窗口信息

点击"Setup"->“Read/Write Definition…”，或者按快捷键F8。

在这里插入图片描述

设置从机地址，功能码，起始地址，寄存器数量等信息，然后点击OK。

在这里插入图片描述

步骤4：测试结果

功能码 01，读取线圈，测试结果与程序一致。

在这里插入图片描述

功能码 02，读取离散寄存器，测试结果与程序一致。

在这里插入图片描述

功能码 03，读取保持寄存器，测试结果与程序一致。

在这里插入图片描述

功能码 04，读取输入寄存器，测试结果与程序一致。

在这里插入图片描述

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