В процессе разработки различной РЭА для нужд промышленного комплекса встречаются задачи реализации протокола ModBus RTU на МК. В сети есть готовые библиотеки под системы реального времени. Но часто заказчик выбирает МК в минимальной комплектации, куда не особо и поставишь систему реального времени.
Статья будет полезна как начинающим так и тем кто в теме.
И так... Есть stm32f103ret6 (реализовать можно и на другом кристалле), среда разработки STM32CubeIDE 1.12.0.
Задача: реализовать slave устройство, скорость 9600, протокол modbus rtu.
Описание протокола обмена довольно хорошо описано в сети, информация предоставлена довольно подробно.
Для реализации на МК будем использовать USART1, TIM6, вывод контроллера PA8 для управления примем/передача для физического драйвера RS-485.
Тактирование - внешний кварцевый резонатор на 8 МГц.
1. Создаем проект в STM32CubeIDE, выбрав соответствующий контроллер. Информация есть в сети. Заострять на этом внимание не буду.
2. Настройка проекта.
Запускам файл *.ioc из Project Explorer. Открываем вкладку Project Manager=>Code Generator. Ставим галочку Generate peripheral initialization as a pair of '.c/ .h' files per peripheral. (Для периферии будут созданы отдельные файлы в проекте)
3. Настройка тактирования.
Открываем вкладку Pinaut&Configuration => System Core =>RCC и включаем High Speed Clock.
Открываем вкладку Clock Configuration и настраиваем систему тактирования как на рисунке.
3. Настройка USART.
Открываем вкладку Pinaut&Configuration => Connectivity =>USART1. Во вкладку настраиваем параметры модуля и включаем глобальное прерывания.
4. Настройка TIM6. Прерывания раз в 500 мкс.
Открываем вкладку Pinaut&Configuration => Timers =>TIM6. Во вкладку настраиваем параметры модуля и включаем глобальное прерывания.
5. Настройка вывода re_de.
На поле Pinout Viev кликаем PA8 и выбираем соответствующую функцию порта ввода/вывода
Открываем вкладку Pinaut&Configuration => System Core =>GPIO и делаем настройку порта.
6. Генерация проекта.
На панели задач кликаем кнопку Device Configuration Tool Code Generation.
7. Создание файлов проекта.
В вкладке Project Explorer =>Core во вкладках Inc и Srs создаем файлы cpu_init.* и mod_bus_rtu_1.*
В файле cpu_init - дополнительная настройка процессора
В файле mod_bus_rtu_1 - реализация протокола.
Открываем файл main.c и добавляем созданные файлы проекта.
8. Наполняем файлы.
cpu_init.h
/*
* cpu_init.h
*
* Created on: Jun 5, 2025
*
*/
#ifndef INC_CPU_INIT_H_
#define INC_CPU_INIT_H_
//================================================================================================
//Прототипы фунций
void init_cpu(void); //Инициализация процессора
//================================================================================================
#endif /* INC_CPU_INIT_H_ */cpu_init.с
#include "main.h"
#include "cpu_init.h"
//==========================================================================================================================
//Инициализация процессора
void init_cpu(void)
{
//отключение портов отладки (для фунционированипе перефирии)
AFIO -> MAPR |= AFIO_MAPR_SWJ_CFG_1;
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN;
}
//==========================================================================================================================
mod_bus_rtu_1.h
/*
* mod_bus_rtu_1.h
*
* Created on: 1 апр. 2025 г.
*
*/
#ifndef INC_MOD_BUS_RTU_1_H_
#define INC_MOD_BUS_RTU_1_H_
#include "main.h"
//==========================================================================================================================
#define _modbus_1_rx_485 HAL_GPIO_WritePin(rs485_re_de_GPIO_Port, rs485_re_de_Pin, GPIO_PIN_RESET); //прием 485
#define _modbus_1_tx_485 HAL_GPIO_WritePin(rs485_re_de_GPIO_Port, rs485_re_de_Pin, GPIO_PIN_SET); //передача 485
#define modbus_1_rx_buff_lens 256
#define modbus_1_tx_buff_lens 256
#define modbus_1_func_03_min_adr 1
#define modbus_1_func_03_max_adr 200
#define modbus_1_func_06_min_adr 100
#define modbus_1_func_06_max_adr 200
#define modbus_1_func_10_min_adr 100
#define modbus_1_func_10_max_adr 200
#define modbus_adr 1
#define lens_tx_buff 1000
#define lens_rx_buff 1000
//========================================================================================================
//========================================================================================================
//Коды ошибок modbus rtu
#define illegal_function 0x01 //Недопустимый номер функции
#define illegal_data_address 0x02 //Недопустимый адресс регистра
#define illegar_data 0x03 //Некоректные данные
#define faile_device 0x04 //Неустанавливаемая ошибка
#define acknowledge 0x05 //Данные не готовы
#define busy_device 0x06 //Система занята
#define nak_func 0x07 //Устройство не может выполнить функцию
//========================================================================================================
//==========================================================================================================================
//========================================================================================================
#pragma pack(push,1)
typedef struct
{
volatile uint32_t timer;
volatile uint16_t count_tx; //переменная счета посылки отправки
volatile uint16_t lens_tx; //дли посылки отправки
volatile uint8_t status_tx; //флаг статуса, 0- нет отпрауи, 1- идет отправка
volatile uint16_t count_rx; //счетсик счета посылки приема
volatile uint8_t status_read; //0- посылка не пришла, 1- посылка пришла
uint8_t buff_tx[lens_tx_buff]; //буфер приема
uint8_t buff_rx[lens_rx_buff]; //буфер отправки
} glob_modbus_1;
extern glob_modbus_1 modbus_1;
#pragma pack(pop)
//========================================================================================================
//========================================================================================================
//Holding регистры.
typedef struct
{
volatile uint16_t holding[256]; //Холдинг регистры для работы
volatile uint8_t holding_status[256]; //Status_registr
} glob_modbus_1_reg;
extern glob_modbus_1_reg modbus_1_reg;
//========================================================================================================
//==========================================================================================================================
uint16_t crc_16(uint8_t *data, uint16_t data_len); //Фунция расчета CRC16 A001h меняьб местами при посылке не надо
void timer_mod_bus_1_rtu_isr(void); //Обработка прерывания по таймеру
void usart_mod_bus_1_rtu_isr(void); //Прерывания по приему данных
void rx_mod_bus_1_rtu(void); //Обработка принятого пакета
void tx_mod_bus_1_rtu(); //Отправка пакета из буфера передачи
void modbus_1_send_error(unsigned char adr, unsigned char function, unsigned char code_error); //Выдача ошибки мастеру: адресс, функция, код ошибки
void modbus_1_func_03(void); //Фунция 03 обработка
void modbus_1_func_06(void); //Функция 06 обработка
void modbus_1_func_10(void); //Функция 10 обработка
//==========================================================================================================================
#endif /* INC_MOD_BUS_RTU_1_H_ */mod_bus_rtu_1.c
#include "mod_bus_rtu_1.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"
//======================================================================================================================
glob_modbus_1 modbus_1={0,0,0,0,0};
glob_modbus_1_reg modbus_1_reg;
//======================================================================================================================
//==========================================================================================
//Обработка прерывания по таймеру
void timer_mod_bus_1_rtu_isr(void)
{
if (modbus_1.timer > 0)
modbus_1.timer--;
if (modbus_1.timer == 1)
{
modbus_1.status_read = 1;
}
}
//==========================================================================================
//==========================================================================================
//Прерывания по приему данных
void usart_mod_bus_1_rtu_isr(void)
{
unsigned int StatusReg, temp_status;
uint8_t temp;
StatusReg = USART1->SR;
USART3->SR = 0;
//----------------------------------------------------------------------
// есть данные
if ((StatusReg & USART_SR_RXNE)&& ~modbus_1.lens_tx)
{ /* read interrupt */
USART1->SR &= ~USART_SR_RXNE;
modbus_1.buff_rx[modbus_1.count_rx] = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
//обработка ошибок
//----------------------------------------------------------------------
if ((StatusReg & USART_SR_PE))
{
temp_status = USART1->SR;
temp = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
if ((StatusReg & USART_SR_FE))
{
temp_status = USART1->SR;
temp = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
if ((StatusReg & USART_SR_NE))
{
temp_status = USART1->SR;
temp = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
if ((StatusReg & USART_SR_ORE))
{
temp_status = USART1->SR;
temp = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
// пердача закончена
if ((StatusReg & USART_SR_TC))
{
USART1->SR &= ~USART_SR_TC;
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_TCIE; //выключить конец передачи
_modbus_1_rx_485; // режим приема
USART1->CR1 |= USART_CR1_RE;
modbus_1.count_tx = 0;
modbus_1.status_tx = 0;
USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; //Разрешение приема
}
//----------------------------------------------------------------------
// передающий буфер пуст
if ((StatusReg & USART_SR_TXE) && modbus_1.lens_tx)
{
//есть еще данные
USART1->DR = modbus_1.buff_tx[modbus_1.count_tx];
modbus_1.count_tx ++;
if (modbus_1.count_tx >= modbus_1.lens_tx)
{ //все передано, ждем конца передачи
modbus_1.lens_tx = 0;
USART1->CR1 &= ~USART_SR_TXE; /* disable TX IRQ if nothing to send */
USART1->CR1 |= USART_CR1_TCIE; //включить конец передачи
}
} //USART_SR_TXE
}
//==========================================================================================
//==========================================================================================
//Отправка пакета из буфера передачи
void tx_mod_bus_1_rtu()
{
uint8_t temp;
modbus_1.count_tx = 0;
if (!(USART1->SR & USART_SR_RXNE))
{ /* если USART_SR_IDLE == 1 линия свободна */
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_RE;
_modbus_1_tx_485;
USART1->CR1 |= USART_SR_TXE; /* enable TX interrupt */
}
else
{
temp = USART1->DR;
modbus_1.lens_tx = 0;
}
}
//==========================================================================================
//==============================================================================
//Выдача ошибки мастеру: адресс, функция, код ошибки
void modbus_1_send_error(unsigned char adr, unsigned char function, unsigned char code_error)
{
volatile unsigned int crc;
modbus_1.buff_tx[0]=adr; //Адресс
modbus_1.buff_tx[1]=function|0x80; //Возварт кода функции
modbus_1.buff_tx[2]=code_error; //Код ошибки
crc=crc_16(modbus_1.buff_tx,3); //Расчет CRC
modbus_1.buff_tx[3]=(crc>>8); //Младший байт
modbus_1.buff_tx[4]=crc; //Старший байт
modbus_1.lens_tx = 5; modbus_1.count_tx = 0;
tx_mod_bus_1_rtu(modbus_1.lens_tx);
}
//==============================================================================
//==========================================================================================
//Обработка принятого пакета
void rx_mod_bus_1_rtu(void)
{
if (modbus_1.status_read == 1)
{
volatile uint16_t crc16;
volatile uint8_t func_status, func_read;
//Если посылка маленькой длины
if (modbus_1.count_rx <5) {goto end;}
//Проверка сетевого адресса
if (modbus_adr != modbus_1.buff_rx[0]) {goto end;}
//Рассчет контрольной суммы
crc16=crc_16(modbus_1.buff_rx,(modbus_1.count_rx-2));
//Сравнение контролльной суммы
if (crc16!=((modbus_1.buff_rx[modbus_1.count_rx-2]<<8)|(modbus_1.buff_rx[modbus_1.count_rx-1]))) {goto end; }
//Чтение фунции
func_read=modbus_1.buff_rx[1];
////Проверка допустимости кода функции
if ((func_read==0x03)||(func_read==0x06)||(func_read==0x10)||(func_read==0x04)) { func_status=1; } else { func_status=0; }
//Формирования ответа при ошибки фунции
if (func_status==0)
{
modbus_1_send_error(modbus_adr, func_read, illegal_function);
goto end;
}
if (func_read == 0x03) { modbus_1_func_03(); }
if (func_read == 0x06) { modbus_1_func_06(); }
if (func_read == 0x10) { modbus_1_func_10(); }
end:
modbus_1.status_read=0;
modbus_1.count_rx=0;
}
}
//==========================================================================================
//==========================================================================================
//Фунция 03 обработка
void modbus_1_func_03(void)
{
volatile uint8_t bus_adr;
volatile uint16_t start_reg_adr; //Стартовый адресс регистра для чтения
volatile uint16_t number_reg; //Число прочитанных регистров
volatile uint16_t temp;
volatile unsigned char count=3; //Счетчик регистров в послыке
volatile unsigned char len_mess=5; //Длина посылки
volatile unsigned int crc;
bus_adr = modbus_adr; //Адресс устройства
start_reg_adr=(modbus_1.buff_rx[2]<<8)|modbus_1.buff_rx[3]; //Чтение стартового адресса
number_reg=(modbus_1.buff_rx[4]<<8)|modbus_1.buff_rx[5]; //Число регистров
//Проверка на выход за диапазон допустимого чтения регистров
if ((start_reg_adr < modbus_1_func_03_min_adr)||(start_reg_adr > (modbus_1_func_03_max_adr + number_reg)))
{
modbus_1_send_error(bus_adr, 0x03, illegal_data_address);
goto end;
}
//готовим посылку к передачи
modbus_1.buff_tx[0] = bus_adr; //Адресс
modbus_1.buff_tx[1] = 0x03; //Функция
modbus_1.buff_tx[2] = (number_reg*2); //Количество байт в посылке младший
//Чтение регистров
temp = start_reg_adr;
while (number_reg--)
{
modbus_1.buff_tx[count] = (modbus_1_reg.holding[temp]>>8); count++; len_mess++;
modbus_1.buff_tx[count] = ((modbus_1_reg.holding[temp])); count++; len_mess++;
temp++;
}
//Расчет CRC
crc = crc_16(modbus_1.buff_tx , count);
modbus_1.buff_tx[count] = (crc>>8); count++; //Младший байт
modbus_1.buff_tx[count] = crc; //Старший байт
//Передача данных
modbus_1.lens_tx = len_mess; modbus_1.count_tx = 0;
tx_mod_bus_1_rtu();
end: return;
}
//==========================================================================================
//==========================================================================================
void modbus_1_func_06(void)
{
volatile uint8_t bus_adr;
volatile uint16_t start_reg_adr; //Стартовый адресс регистра для чтения
volatile uint16_t data; //Записываемая дата
volatile unsigned char count=6; //Счетчик регистров в послыке
volatile unsigned char len_mess=8; //Длина посылки
volatile unsigned int crc;
bus_adr = modbus_adr; //Адресс устройства
start_reg_adr = (modbus_1.buff_rx[2]<<8) | modbus_1.buff_rx[3]; //Чтение стартового адресса
data = (modbus_1.buff_rx[4]<<8) | modbus_1.buff_rx[5]; //Записываемая дата
//Проверка на выход за диапазон допустимого чтения регистров
if ((start_reg_adr < modbus_1_func_06_min_adr)||(start_reg_adr > modbus_1_func_06_max_adr))
{
modbus_1_send_error(bus_adr, 0x03, illegal_data_address);
goto end;
}
//
modbus_1_reg.holding[start_reg_adr] = data;
modbus_1_reg.holding_status[start_reg_adr] = 1;
//Отправка команды
modbus_1.buff_tx[0] = bus_adr; //Адресс
modbus_1.buff_tx[1] = 0x06; //Функция
modbus_1.buff_tx[2] = (start_reg_adr)>>8; //адресс
modbus_1.buff_tx[3] = (start_reg_adr); //ажресс
modbus_1.buff_tx[4] = (data)>>8; //данные
modbus_1.buff_tx[5] = (data); //Данные
//Расчет CRC
crc = crc_16(modbus_1.buff_tx,count);
modbus_1.buff_tx[count]=(crc>>8); //Младший байт
modbus_1.buff_tx[++count]=crc; //Старший байт
//Передача данных
//Передача данных
modbus_1.lens_tx = len_mess; modbus_1.count_tx = 0;
tx_mod_bus_1_rtu(modbus_1.lens_tx);
end: return;
}
//==========================================================================================
//==========================================================================================
void modbus_1_func_10(void)
{
volatile uint8_t bus_adr;
volatile uint16_t start_reg_adr; //Стартовый адресс регистра для чтения
volatile uint16_t number_reg; //Число прочитанных регистров
volatile unsigned char count = 6; //Счетчик регистров в послыке
volatile unsigned char len_mess = 8; //Длина посылки
volatile unsigned int crc;
volatile uint16_t adr_data_buff;
volatile uint16_t count_reg = 0; //Счетчик записанных регистров
adr_data_buff = 7; // C восьмого байта начинаются данные
// bus_adr = eeprom.modbus_adr; //Адресс устройства
bus_adr = modbus_adr; //Адресс устройства
start_reg_adr=(modbus_1.buff_rx[2]<<8)|modbus_1.buff_rx[3]; //Чтение стартового адресса
number_reg=(modbus_1.buff_rx[4]<<8)|modbus_1.buff_rx[5]; //Число регистров
//Проверка на выход за диапазон допустимого чтения регистров
if ((start_reg_adr < modbus_1_func_10_min_adr)||(start_reg_adr > (modbus_1_func_10_max_adr + number_reg)))
{
modbus_1_send_error(bus_adr, 0x03, illegal_data_address);
goto end;
}
while (number_reg--)
{
modbus_1_reg.holding[start_reg_adr]=(modbus_1.buff_rx[adr_data_buff]<<8); adr_data_buff++;
modbus_1_reg.holding[start_reg_adr]+=modbus_1.buff_rx[adr_data_buff]; adr_data_buff++;
modbus_1_reg.holding_status[start_reg_adr] = 1;
start_reg_adr++;
count_reg++;
}
//Стартовый адресс
start_reg_adr=(modbus_1.buff_rx[2]<<8)|modbus_1.buff_rx[3]; //Чтение стартового адресса
//Отправка команды
modbus_1.buff_tx[0] = bus_adr; //Адресс
modbus_1.buff_tx[1] = 0x10; //Функция
modbus_1.buff_tx[2] = (start_reg_adr)>>8; //адресс
modbus_1.buff_tx[3] = (start_reg_adr); //ажресс
modbus_1.buff_tx[4] = (count_reg)>>8; //Число записанных регистров
modbus_1.buff_tx[5] = (count_reg); //Число записанных регистров
//Расчет CRC
crc = crc_16(modbus_1.buff_tx,count);
modbus_1.buff_tx[count] = (crc>>8); //Младший байт
modbus_1.buff_tx[++count] = crc; //Старший байт
//Передача данных
//Передача данных
modbus_1.lens_tx = len_mess; modbus_1.count_tx = 0;
tx_mod_bus_1_rtu(modbus_1.lens_tx);
end: return;
}
//==========================================================================================
//==========================================================================================
//Фунция расчета CRC16 A001h меняьб местами при посылке не надо
uint16_t crc_16(uint8_t *data, uint16_t data_len)
{
unsigned char uchCRCHi = 0xFF ; /* инициализация старшего байта CRC */
unsigned char uchCRCLo = 0xFF ; /* инициализация младшего байта CRC */
unsigned char index; //Индекс для организации цикла
const unsigned char auchCRCHi[] = {
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40,
0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1,
0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41,
0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0,
0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40
} ;
const char auchCRCLo[] = {
0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06,
0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD,
0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09,
0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A,
0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4,
0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3,
0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3,
0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4,
0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A,
0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29,
0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED,
0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26,
0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60,
0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67,
0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F,
0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68,
0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E,
0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5,
0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71,
0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92,
0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C,
0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B,
0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B,
0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C,
0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42,
0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40
} ;
//Организация цикла для вычисления CRC
while (data_len--) /* продвижение по буферу */
{
index = uchCRCHi ^ *data++ ; /* вычисление CRC */
uchCRCHi = uchCRCLo ^ auchCRCHi[index] ;
uchCRCLo = auchCRCLo[index] ;
}
return ((uchCRCHi << 8) | uchCRCLo);
}
//==========================================================================================
Прописываем функции в проекте
В main.c
Делаем задержку по включению по МК.
-
init_cpu(); - функция инициализации. В ней реализовано отключения отладчика, для функционировании периферии (Проблема с GPIO PB3,PB4 и PA15 на STM32 в STM32CubeIDE).
//отключение портов отладки (для фунционированипе перефирии)
AFIO -> MAPR |= AFIO_MAPR_SWJ_CFG_1;
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN; rx_mod_bus_1_rtu(); - функция разбора принятого пакета.
Usart.c
Вставляем дополнительной код инициализации USART1.
/* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */
USART1->CR1 |= USART_CR1_UE; //Включение модуля USART1
USART1->CR1 |= USART_CR1_TE; //Включение передатчика
USART1->CR1 |= USART_CR1_RE; //Включение приемника
//Разрешить прерывания
NVIC_EnableIRQ (USART1_IRQn); //Прерывания USART1
// USART1->CR1 |= USART_CR1_TCIE; //Прерывание по завершении передачи
USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; //Прерывание по завершении приема
USART1->CR3 |= USART_CR3_EIE; //Прерывания по возникновении ошибки
/* USER CODE END USART1_Init 2 */
tim.c
Вставляем дополнительный код инициализации TIM6.
/* USER CODE BEGIN TIM6_Init 2 */
HAL_TIM_Base_Start_IT (&htim6);
/* USER CODE END TIM6_Init 2 */
Файл stm32f1xx_it.c
Добавляем функцию обработки прерываний USART1:
void USART1_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
usart_mod_bus_1_rtu_isr();
/* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */Добавляем функцию обработки прерываний TIM6:
/**
* @brief This function handles TIM6 global interrupt.
*/
void TIM6_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN TIM6_IRQn 0 */
timer_mod_bus_1_rtu_isr();
/* USER CODE END TIM6_IRQn 0 */
HAL_TIM_IRQHandler(&htim6);
/* USER CODE BEGIN TIM6_IRQn 1 */
/* USER CODE END TIM6_IRQn 1 */
}
На этом все, можно компилировать и зашивать в МК. Для проверки и отладки устройства можно использовать бесплатную программу Owen OPC Server.
Теперь рассмотрим как все это работает.
Сформирован приемный и передающий буфер, счетчик количество принятых и сформированный к передачи данных, таймер на 5 мс (для скорости 9600 время завершения посылки приблизительно 3.5 мс):
//========================================================================================================
#pragma pack(push,1)
typedef struct
{
volatile uint32_t timer;
volatile uint16_t count_tx; //переменная счета посылки отправки
volatile uint16_t lens_tx; //дли посылки отправки
volatile uint8_t status_tx; //флаг статуса, 0- нет , 1- идет отправка
volatile uint16_t count_rx; //счетсик счета посылки приема
volatile uint8_t status_read; //0- посылка не пришла, 1- посылка пришла
uint8_t buff_tx[lens_tx_buff]; //буфер приема
uint8_t buff_rx[lens_rx_buff]; //буфер отправки
} glob_modbus_1;
extern glob_modbus_1 modbus_1;
#pragma pack(pop)
//========================================================================================================Также сформированы holding регистры. Для удобства status регистры, записывается в них 1 при записи в холдинг регистры - далее потом удобно разбирать при записи.
//========================================================================================================
//Holding регистры.
typedef struct
{
volatile uint16_t holding[256]; //Холдинг регистры для работы
volatile uint8_t holding_status[256]; //Status_registr
} glob_modbus_1_reg;
extern glob_modbus_1_reg modbus_1_reg;
//========================================================================================================Управление портом re_de
#define _modbus_1_rx_485 HAL_GPIO_WritePin(rs485_re_de_GPIO_Port, rs485_re_de_Pin, GPIO_PIN_RESET); //прием 485
#define _modbus_1_tx_485 HAL_GPIO_WritePin(rs485_re_de_GPIO_Port, rs485_re_de_Pin, GPIO_PIN_SET); //передача 485Допустимые адреса регистров для функций 0х03, 0х06, 0х10. Сетевой адрес регистров.
#define modbus_1_func_03_min_adr 1
#define modbus_1_func_03_max_adr 200
#define modbus_1_func_06_min_adr 100
#define modbus_1_func_06_max_adr 200
#define modbus_1_func_10_min_adr 100
#define modbus_1_func_10_max_adr 200
#define modbus_adr 1Задекларированы коды ошибок
//========================================================================================================
//Коды ошибок modbus rtu
#define illegal_function 0x01 //Недопустимый номер функции
#define illegal_data_address 0x02 //Недопустимый адресс регистра
#define illegar_data 0x03 //Некоректные данные
#define faile_device 0x04 //Неустанавливаемая ошибка
#define acknowledge 0x05 //Данные не готовы
#define busy_device 0x06 //Система занята
#define nak_func 0x07 //Устройство не может выполнить функцию
//========================================================================================================Функции
void timer_mod_bus_1_rtu_isr(void); //Обработка прерывания по таймеру
void usart_mod_bus_1_rtu_isr(void); //Прерывания по приему данных
void rx_mod_bus_1_rtu(void); //Обработка принятого пакета
void tx_mod_bus_1_rtu(); //Отправка пакета из буфера передачи
void modbus_1_send_error(unsigned char adr, unsigned char function, unsigned char code_error); //Выдача ошибки мастеру: адресс, функция, код ошибки
void modbus_1_func_03(void); //Фунция 03 обработка
void modbus_1_func_06(void); //Функция 06 обработка
void modbus_1_func_10(void); //Функция 10 обработкаИ так, при приеме байта, возникает и обрабатывается прерывание и обрабатывается код функции, который кладет байт в буфер, устанавливает время таймера ожидания конца пакета. Производиться проверка кодов ошибок и сброс соответсвующих флагов.
/Прерывания по приему данных
void usart_mod_bus_1_rtu_isr(void)
{
unsigned int StatusReg, temp_status;
uint8_t temp;
StatusReg = USART1->SR;
USART3->SR = 0;
//----------------------------------------------------------------------
// есть данные
if ((StatusReg & USART_SR_RXNE)&& ~modbus_1.lens_tx)
{ /* read interrupt */
USART1->SR &= ~USART_SR_RXNE;
modbus_1.buff_rx[modbus_1.count_rx] = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
//обработка ошибок
//----------------------------------------------------------------------
if ((StatusReg & USART_SR_PE))
{
temp_status = USART1->SR;
temp = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
if ((StatusReg & USART_SR_FE))
{
temp_status = USART1->SR;
temp = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
if ((StatusReg & USART_SR_NE))
{
temp_status = USART1->SR;
temp = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------
if ((StatusReg & USART_SR_ORE))
{
temp_status = USART1->SR;
temp = USART1->DR;
modbus_1.count_rx ++;
modbus_1.timer = 11; //300 мкс*11
}
//----------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------------------------При этом работает таймер, который устанавливается при приеме байта. Таймер декрементирующий. При достижении счетчика 1 или 5 мс по времени, выдается modbus_1.status_read = 1; Означает посылка принята.
//==========================================================================================
//Обработка прерывания по таймеру
void timer_mod_bus_1_rtu_isr(void)
{
if (modbus_1.timer > 0)
modbus_1.timer--;
if (modbus_1.timer == 1)
{
modbus_1.status_read = 1;
}
}
//==========================================================================================Посылка пришла, производим разбор. Проверяется адрес, длина пакета, crc, вызывается соответствующая функция. Если функция недоступна - отправляется код ошибки. Можно по аналогии добавить и другие функции.
//==========================================================================================
//Обработка принятого пакета
void rx_mod_bus_1_rtu(void)
{
if (modbus_1.status_read == 1)
{
volatile uint16_t crc16;
volatile uint8_t func_status, func_read;
//Если посылка маленькой длины
if (modbus_1.count_rx <5) {goto end;}
//Проверка сетевого адресса
if (modbus_adr != modbus_1.buff_rx[0]) {goto end;}
//Рассчет контрольной суммы
crc16=crc_16(modbus_1.buff_rx,(modbus_1.count_rx-2));
//Сравнение контролльной суммы
if (crc16!=((modbus_1.buff_rx[modbus_1.count_rx-2]<<8)|(modbus_1.buff_rx[modbus_1.count_rx-1]))) {goto end; }
//Чтение фунции
func_read=modbus_1.buff_rx[1];
////Проверка допустимости кода функции
if ((func_read==0x03)||(func_read==0x06)||(func_read==0x10)||(func_read==0x04)) { func_status=1; } else { func_status=0; }
//Формирования ответа при ошибки фунции
if (func_status==0)
{
modbus_1_send_error(modbus_adr, func_read, illegal_function);
goto end;
}
if (func_read == 0x03) { modbus_1_func_03(); }
if (func_read == 0x06) { modbus_1_func_06(); }
if (func_read == 0x10) { modbus_1_func_10(); }
end:
modbus_1.status_read=0;
modbus_1.count_rx=0;
}
}
//==========================================================================================Обработка функции 0х03.
/==========================================================================================
//Фунция 03 обработка
void modbus_1_func_03(void)
{
volatile uint8_t bus_adr;
volatile uint16_t start_reg_adr; //Стартовый адресс регистра для чтения
volatile uint16_t number_reg; //Число прочитанных регистров
volatile uint16_t temp;
volatile unsigned char count=3; //Счетчик регистров в послыке
volatile unsigned char len_mess=5; //Длина посылки
volatile unsigned int crc;
bus_adr = modbus_adr; //Адресс устройства
start_reg_adr=(modbus_1.buff_rx[2]<<8)|modbus_1.buff_rx[3]; //Чтение стартового адресса
number_reg=(modbus_1.buff_rx[4]<<8)|modbus_1.buff_rx[5]; //Число регистров
//Проверка на выход за диапазон допустимого чтения регистров
if ((start_reg_adr < modbus_1_func_03_min_adr)||(start_reg_adr > (modbus_1_func_03_max_adr + number_reg)))
{
modbus_1_send_error(bus_adr, 0x03, illegal_data_address);
goto end;
}
//готовим посылку к передачи
modbus_1.buff_tx[0] = bus_adr; //Адресс
modbus_1.buff_tx[1] = 0x03; //Функция
modbus_1.buff_tx[2] = (number_reg*2); //Количество байт в посылке младший
//Чтение регистров
temp = start_reg_adr;
while (number_reg--)
{
modbus_1.buff_tx[count] = (modbus_1_reg.holding[temp]>>8); count++; len_mess++;
modbus_1.buff_tx[count] = ((modbus_1_reg.holding[temp])); count++; len_mess++;
temp++;
}
//Расчет CRC
crc = crc_16(modbus_1.buff_tx , count);
modbus_1.buff_tx[count] = (crc>>8); count++; //Младший байт
modbus_1.buff_tx[count] = crc; //Старший байт
//Передача данных
modbus_1.lens_tx = len_mess; modbus_1.count_tx = 0;
tx_mod_bus_1_rtu();
end: return;
}
//==========================================================================================Обработка функции 0х06.
//==========================================================================================
void modbus_1_func_06(void)
{
volatile uint8_t bus_adr;
volatile uint16_t start_reg_adr; //Стартовый адресс регистра для чтения
volatile uint16_t data; //Записываемая дата
volatile unsigned char count=6; //Счетчик регистров в послыке
volatile unsigned char len_mess=8; //Длина посылки
volatile unsigned int crc;
bus_adr = modbus_adr; //Адресс устройства
start_reg_adr = (modbus_1.buff_rx[2]<<8) | modbus_1.buff_rx[3]; //Чтение стартового адресса
data = (modbus_1.buff_rx[4]<<8) | modbus_1.buff_rx[5]; //Записываемая дата
//Проверка на выход за диапазон допустимого чтения регистров
if ((start_reg_adr < modbus_1_func_06_min_adr)||(start_reg_adr > modbus_1_func_06_max_adr))
{
modbus_1_send_error(bus_adr, 0x03, illegal_data_address);
goto end;
}
//
modbus_1_reg.holding[start_reg_adr] = data;
modbus_1_reg.holding_status[start_reg_adr] = 1;
//Отправка команды
modbus_1.buff_tx[0] = bus_adr; //Адресс
modbus_1.buff_tx[1] = 0x06; //Функция
modbus_1.buff_tx[2] = (start_reg_adr)>>8; //адресс
modbus_1.buff_tx[3] = (start_reg_adr); //ажресс
modbus_1.buff_tx[4] = (data)>>8; //данные
modbus_1.buff_tx[5] = (data); //Данные
//Расчет CRC
crc = crc_16(modbus_1.buff_tx,count);
modbus_1.buff_tx[count]=(crc>>8); //Младший байт
modbus_1.buff_tx[++count]=crc; //Старший байт
//Передача данных
//Передача данных
modbus_1.lens_tx = len_mess; modbus_1.count_tx = 0;
tx_mod_bus_1_rtu(modbus_1.lens_tx);
end: return;
}
//==========================================================================================Обработка функции 0х10.
//==========================================================================================
void modbus_1_func_10(void)
{
volatile uint8_t bus_adr;
volatile uint16_t start_reg_adr; //Стартовый адресс регистра для чтения
volatile uint16_t number_reg; //Число прочитанных регистров
volatile unsigned char count = 6; //Счетчик регистров в послыке
volatile unsigned char len_mess = 8; //Длина посылки
volatile unsigned int crc;
volatile uint16_t adr_data_buff;
volatile uint16_t count_reg = 0; //Счетчик записанных регистров
adr_data_buff = 7; // C восьмого байта начинаются данные
// bus_adr = eeprom.modbus_adr; //Адресс устройства
bus_adr = modbus_adr; //Адресс устройства
start_reg_adr=(modbus_1.buff_rx[2]<<8)|modbus_1.buff_rx[3]; //Чтение стартового адресса
number_reg=(modbus_1.buff_rx[4]<<8)|modbus_1.buff_rx[5]; //Число регистров
//Проверка на выход за диапазон допустимого чтения регистров
if ((start_reg_adr < modbus_1_func_10_min_adr)||(start_reg_adr > (modbus_1_func_10_max_adr + number_reg)))
{
modbus_1_send_error(bus_adr, 0x03, illegal_data_address);
goto end;
}
while (number_reg--)
{
modbus_1_reg.holding[start_reg_adr]=(modbus_1.buff_rx[adr_data_buff]<<8); adr_data_buff++;
modbus_1_reg.holding[start_reg_adr]+=modbus_1.buff_rx[adr_data_buff]; adr_data_buff++;
modbus_1_reg.holding_status[start_reg_adr] = 1;
start_reg_adr++;
count_reg++;
}
//Стартовый адресс
start_reg_adr=(modbus_1.buff_rx[2]<<8)|modbus_1.buff_rx[3]; //Чтение стартового адресса
//Отправка команды
modbus_1.buff_tx[0] = bus_adr; //Адресс
modbus_1.buff_tx[1] = 0x10; //Функция
modbus_1.buff_tx[2] = (start_reg_adr)>>8; //адресс
modbus_1.buff_tx[3] = (start_reg_adr); //ажресс
modbus_1.buff_tx[4] = (count_reg)>>8; //Число записанных регистров
modbus_1.buff_tx[5] = (count_reg); //Число записанных регистров
//Расчет CRC
crc = crc_16(modbus_1.buff_tx,count);
modbus_1.buff_tx[count] = (crc>>8); //Младший байт
modbus_1.buff_tx[++count] = crc; //Старший байт
//Передача данных
//Передача данных
modbus_1.lens_tx = len_mess; modbus_1.count_tx = 0;
tx_mod_bus_1_rtu(modbus_1.lens_tx);
end: return;
}
//==========================================================================================Немного о передачи данных. Формируется посылка в modbus_1.buff_tx[count]. Определяется длина посылки modbus_1.lens_tx.
В функции передачи выключаем прерывание по приему, выключаем прием, линию re_de на передачу, включаем флаг прерывания по TXE
//==========================================================================================
//Отправка пакета из буфера передачи
void tx_mod_bus_1_rtu()
{
uint8_t temp;
modbus_1.count_tx = 0;
if (!(USART1->SR & USART_SR_RXNE))
{ /* если USART_SR_IDLE == 1 линия свободна */
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_RE;
_modbus_1_tx_485;
USART1->CR1 |= USART_SR_TXE; /* enable TX interrupt */
}
else
{
temp = USART1->DR;
modbus_1.lens_tx = 0;
}
}
//==========================================================================================Далее прерывание обрабатывается в обработчике прерываний USART1
// пердача закончена
if ((StatusReg & USART_SR_TC))
{
USART1->SR &= ~USART_SR_TC;
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_TCIE; //выключить конец передачи
_modbus_1_rx_485; // режим приема
USART1->CR1 |= USART_CR1_RE;
modbus_1.count_tx = 0;
modbus_1.status_tx = 0;
USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; //Разрешение приема
}
//----------------------------------------------------------------------
// передающий буфер пуст
if ((StatusReg & USART_SR_TXE) && modbus_1.lens_tx)
{
//есть еще данные
USART1->DR = modbus_1.buff_tx[modbus_1.count_tx];
modbus_1.count_tx ++;
if (modbus_1.count_tx >= modbus_1.lens_tx)
{ //все передано, ждем конца передачи
modbus_1.lens_tx = 0;
USART1->CR1 &= ~USART_SR_TXE; /* disable TX IRQ if nothing to send */
USART1->CR1 |= USART_CR1_TCIE; //включить конец передачи
}
} //USART_SR_TXEПо завершению прерываний включается прием.
Вот и все.
zurabob
А можно не делать очередной велосипед с неизвестными колесами, а взять готовое решение, например
https://github.com/cwalter-at/freemodbus/tree/master/modbus
Да, оно местами странно и избыточно написано, зато проверенно и портирование на STM32 заняло пару часов. И при необходимости легко добавить ASCII или TCP модбас.
BobovorTheCommentBeast
Проблема всех этих штук, что наколхозить прием-отправку так то не сложно.
Цимес в другом. В том, где библиотек нет. Что делать потом?
А конкретнее, что делать если у тебя не ардуина с 5 регистрами, а регистров штук 500? Че свичкейз на 500 в колбеке пацаны? А если там одинаковые сущности повторяющиеся?
А что делать, если у тебя ошибка при записи в 50й регистр и он не применится? Остальные пишем или че? А с предыдущими 49 че так и оставим?
А если надо уметь 03 код выкидывать? Это же надо для конкретных данных свою проверку.
Короче трабл с роутингом, транзакционностью, асинхронностью которая там возникает ввиду объёмов и желанием как то размазать нагрузку, а так же бойлерплейтом. Я себе такую велосипедину наколхозил для этого, на компайлтайм таблицах, но показывать стыдно.