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Freemodbus啟動流程分析
時間：2018-09-25 來源：未知
近項目有用到modbus協(xié)議,于是在網(wǎng)上找了些資料成功將freemodbus移植到m3,由于移植過程較簡單,網(wǎng)上教程也很多,這里我們就不再贅述.我用到的freemodbus版本是V1.5,下面附上新的源碼下載地址://www.freemodbus.org/index.php?idx=5
下面開始分析下freemodbus得啟動流程,老規(guī)矩我們還是從main()函數(shù)下手:
和freemodbus有關(guān)的函數(shù)只有三個eMBInit(), eMBEnable(), eMBPoll().我們逐一來分析.
首先是eMBInit(),我們來看下源碼:eMBErrorCode
eMBInit( eMBMode eMode, UCHAR ucSlaveAddress, UCHAR ucPort,
ULONG ulBaudRate, eMBParity eParity )
{
//錯誤狀態(tài)初始值
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
//驗證從機(jī)地址
if( ( ucSlaveAddress == MB_ADDRESS_BROADCAST ) ||
( ucSlaveAddress < MB_ADDRESS_MIN ) ||
( ucSlaveAddress > MB_ADDRESS_MAX ) )
{
eStatus = MB_EINVAL;
}
else
{
ucMBAddress = ucSlaveAddress;
switch ( eMode )
{
#if MB_RTU_ENABLED > 0
case MB_RTU:
pvMBFrameStartCur = eMBRTUStart;
pvMBFrameStopCur = eMBRTUStop;
peMBFrameSendCur = eMBRTUSend;
//報文接收函數(shù)
peMBFrameReceiveCur = eMBRTUReceive;
pvMBFrameCloseCur = MB_PORT_HAS_CLOSE ? vMBPortClose : NULL;
//接收狀態(tài)機(jī)
pxMBFrameCBByteReceived = xMBRTUReceiveFSM;
//發(fā)送狀態(tài)機(jī)
pxMBFrameCBTransmitterEmpty = xMBRTUTransmitFSM;
//報文到達(dá)間隔檢查
pxMBPortCBTimerExpired = xMBRTUTimerT35Expired;
//初始化RTU
eStatus = eMBRTUInit( ucMBAddress, ucPort, ulBaudRate, eParity );
break;
#endif
#if MB_ASCII_ENABLED > 0
case MB_ASCII:
pvMBFrameStartCur = eMBASCIIStart;
pvMBFrameStopCur = eMBASCIIStop;
peMBFrameSendCur = eMBASCIISend;
peMBFrameReceiveCur = eMBASCIIReceive;
pvMBFrameCloseCur = MB_PORT_HAS_CLOSE ? vMBPortClose : NULL;
pxMBFrameCBByteReceived = xMBASCIIReceiveFSM;
pxMBFrameCBTransmitterEmpty = xMBASCIITransmitFSM;
pxMBPortCBTimerExpired = xMBASCIITimerT1SExpired;
eStatus = eMBASCIIInit( ucMBAddress, ucPort, ulBaudRate, eParity );
break;
#endif
default:
eStatus = MB_EINVAL;
}
//
if( eStatus == MB_ENOERR )
{
if( !xMBPortEventInit() )
{
/* port dependent event module initalization failed. */
eStatus = MB_EPORTERR;
}
else
{
//設(shè)定當(dāng)前狀態(tài)
eMBCurrentMode = eMode;
eMBState = STATE_DISABLED;
}
}
}
return eStatus;
}
我這次用到的是RTU模式,所以我們就只分析RTU模式下得工作模式.上邊的代碼比較容易理解, 大家好逐行分析,我們首先來看下都傳了什么參數(shù):
eMBInit(MB_RTU, 0x09, 0x01, 9600, MB_PAR_NONE);
附上函數(shù)的聲明:eMBInit( eMBMode eMode, UCHAR ucSlaveAddress, UCHAR ucPort, ULONG ulBaudRate, eMBParity eParity )
MB_RTU:使用的是modbusRTU模式.
0x09:從機(jī)得地址
0x01:串口號,這里我們使用的是串口1
9600:波特率
MB_PAR_NONE:無校驗和
這個函數(shù)的任務(wù)就是根據(jù)你的參數(shù)來配置串口，定時器和modbus中的ID號這個函數(shù)另外一個重要的工作就是將一些全局指針變量指向?qū)?yīng)得函數(shù),將來方便進(jìn)行回調(diào)。
另外一個事情就是將eMBCurrentMode賦值為MB_RTU， eMBState 賦值為STATE_DISABLED;
我們需要對這些狀態(tài)有一些印象，因為后邊還是會用到。
下面來分析eMBEnable():eMBErrorCode
eMBEnable( void )
{
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
if( eMBState == STATE_DISABLED )
{
/* Activate the protocol stack. */
pvMBFrameStartCur( );
eMBState = STATE_ENABLED;
}
else
{
eStatus = MB_EILLSTATE;
}
return eStatus;
}
這一段代碼呢比較少，我們來看第6行的判斷，這里eMBState 賦值為STATE_DISABLED是在
eMBInit()執(zhí)行，所以執(zhí)行if分支，看第9行代碼，發(fā)現(xiàn)并沒有這個函數(shù)，奧，，還記得他是函數(shù)指針吧，在eMBInit()中被指向了函數(shù)eMBRTUStart( void )，我們來看下真正的啟動函數(shù)原型：void
eMBRTUStart( void )
{
ENTER_CRITICAL_SECTION( );
/* Initially the receiver is in the state STATE_RX_INIT. we start
* the timer and if no character is received within t3.5 we change
* to STATE_RX_IDLE. This makes sure that we delay startup of the
* modbus protocol stack until the bus is free.
*/
//eRcvState 初始化狀態(tài)
eRcvState = STATE_RX_INIT;
//使能接收，禁止發(fā)送
vMBPortSerialEnable( TRUE, FALSE );
//啟動定時器
vMBPortTimersEnable();
EXIT_CRITICAL_SECTION( );
}
以上代碼比較簡單我就不逐一分析了，我們需要注意下eRcvState被賦值為 STATE_RX_INIT;還將串口接收中斷使能，關(guān)閉串口發(fā)送。開啟定時器，記得哦，開啟了定時器并開啟了中斷，你肯定會想定時器多久后觸發(fā)中斷?我們來分析一下，首先我們找到初始化定時器的地方，eMBInit()èeMBRTUInit(),我們來看一下源碼：eMBErrorCode
eMBRTUInit( UCHAR ucSlaveAddress, UCHAR ucPort, ULONG ulBaudRate,
eMBParity eParity )
{
eMBErrorCode eStatus = MB_ENOERR;
ULONG usTimerT35_50us;
( void )ucSlaveAddress;
ENTER_CRITICAL_SECTION();
/* Modbus RTU uses 8 Databits. */
if( xMBPortSerialInit( ucPort, ulBaudRate, 8, eParity ) != TRUE )
{
eStatus = MB_EPORTERR;
}
else
{
/* If baudrate > 19200 then we should use the fixed timer values
* t35 = 1750us. Otherwise t35 must be 3.5 times the character time.
*/
//如果波特率超過19200 使用固定的時間間隔，1750us
//其他情況，則要進(jìn)行計算。
if( ulBaudRate > 19200 )
{
usTimerT35_50us = 35; /* 1750us. */
}
else
{
/* The timer reload value for a character is given by:
*
* ChTimeValue = Ticks_per_1s / ( Baudrate / 11 )
* = 11 * Ticks_per_1s / Baudrate
* = 220000 / Baudrate
* The reload for t3.5 is 1.5 times this value and similary
* for t3.5.
*/
usTimerT35_50us = ( 7UL * 220000UL ) / ( 2UL * ulBaudRate );
}
//初始化定時器
if( xMBPortTimersInit( ( USHORT ) usTimerT35_50us ) != TRUE )
{
eStatus = MB_EPORTERR;
}
}
EXIT_CRITICAL_SECTION( );
return eStatus;
}
串口初始化我們就不多說了，接下來它在算出來了一個數(shù)給了usTimerT35_50us，然后調(diào)用xMBPortTimersInit( ( USHORT ) usTimerT35_50us )，這是在干嘛?
首先我們來詳細(xì)說下usTimerT35_50us，這里我首先要說下modbus的協(xié)議規(guī)范了:
RTU方式的MODBUS如何判別一幀數(shù)據(jù)包哪?有的協(xié)議里有開始標(biāo)示、結(jié)束標(biāo)示，通過判別開頭標(biāo)示和結(jié)束標(biāo)示來表示一幀完整的數(shù)據(jù)幀。但MODBUS RTU方式的數(shù)據(jù)幀并沒有開始標(biāo)示和結(jié)束標(biāo)示，那MODBUS RTU怎么判別一幀數(shù)據(jù)幀的哪?我們還要看MDBUS協(xié)議棧的具體規(guī)定。先給大家看一個圖：
MODBUS協(xié)議里面說一幀數(shù)據(jù)和下一幀數(shù)據(jù)之間的間隔至少是3.5個字符。好了，新的問題又來了3.5個字符是多長時間，我們來看段代碼中的說明：
* If baudrate > 19200 then we should use the fixed timer values
* t35 = 1750us. Otherwise t35 must be 3.5 times the character time.
*/
波特率大于19200時候我們用固定時長來判斷，小于19200時我們還是要知道3.5個字符是多久，我們知道他和波特率有關(guān)，我們假設(shè)波特率是9600，那1s能傳9600位， 一個字符是11位(8個數(shù)據(jù)位，1個起始位，1個停止位， 1個校驗位)，那T3.5就等價于1000/(9600/11)*3.5(估算為4ms)。
Freemodbus實現(xiàn)t3.5的方法是在定時器設(shè)置一個基準(zhǔn)時間50us(通過設(shè)置預(yù)分頻的數(shù)值TIM_Prescaler)，再根據(jù)T3.5的大小來計算出計數(shù)值(TIM_Period)。好了我們這里就點到為止，我們只需要將定時器配置基準(zhǔn)時間為50us。
誒，，，我們剛到哪里了?
剛調(diào)用了一個鉤子函數(shù)pvMBFrameStartCur( );隨后將eMBState狀態(tài)改編為STATE_ENABLED;
到這里我們總結(jié)一下，剛剛我們已經(jīng)執(zhí)行了兩個函數(shù)，分別是eMBInit(MB_RTU, 0x09, 0x01, 9600, MB_PAR_NONE)和eMBEnable(); 有兩個狀態(tài)發(fā)生了改變，eMBState狀態(tài)改變?yōu)镾TATE_ENABLED，eRcvState 狀態(tài)改變?yōu)?STATE_RX_INIT; 并且在大約4ms后會產(chǎn)生一次定時器中斷。
接下來我們先去看下這個定時器中斷都干了什么?然后再去看eMBPoll();void TIM4_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_Update) != RESET)
{
//清除定時器T4溢出中斷標(biāo)志位
TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update);
prvvTIMERExpiredISR( );
}
}
判斷確定發(fā)生中斷以后，又調(diào)用了一個prvvTIMERExpiredISR( )è pxMBPortCBTimerExpired()這又是一個鉤子函數(shù)，我們來看下代碼：
BOOL
xMBRTUTimerT35Expired( void )
{
BOOL xNeedPoll = FALSE;
switch ( eRcvState )
{
/* Timer t35 expired. Startup phase is finished. */
//這是一個啟動狀態(tài)，運行到這里說明啟動狀態(tài)完成。
case STATE_RX_INIT:
xNeedPoll = xMBPortEventPost( EV_READY );
break;
/* A frame was received and t35 expired.
* Notify the listener that
* a new frame was received. */
case STATE_RX_RCV:
//發(fā)送事件，接收到完整的modbus數(shù)據(jù)
xNeedPoll = xMBPortEventPost( EV_FRAME_RECEIVED );
break;
/* An error occured while receiving the frame. */
case STATE_RX_ERROR:
break;
/* Function called in an illegal state. */
default:
assert( ( eRcvState == STATE_RX_INIT ) ||
( eRcvState == STATE_RX_RCV ) ||
( eRcvState == STATE_RX_ERROR ) );
}
//禁止定時器
vMBPortTimersDisable( );
//串口接收狀態(tài) 變?yōu)榭臻e狀態(tài)。
eRcvState = STATE_RX_IDLE;
return xNeedPoll;
}
上來是根據(jù)eRcvState的值來運行對應(yīng)分支的，eRcvState的值又是什么呢?我們之前說過，在eMBRTUStart()中eRcvState = STATE_RX_INIT;那我們就知道要執(zhí)行哪些代碼了，首先調(diào)用了 xNeedPoll = xMBPortEventPost( EV_READY ); xMBPortEventPost()就是將事件類型賦給eQueuedEvent，并將xEventInQueue置為TRUE代表有事件發(fā)生。BOOL
xMBPortEventPost( eMBEventType eEvent )
{
//有事件標(biāo)志更新
xEventInQueue = TRUE;
//設(shè)定事件標(biāo)志
eQueuedEvent = eEvent;
return TRUE;
}
我們繼續(xù)回到xMBRTUTimerT35Expired()，他在將對應(yīng)的事件發(fā)送給eQueuedEvent后關(guān)閉了定時器，并將eRcvState置為STATE_RX_IDLE
下面開始分析eMBPoll();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. */
//eMBEnable()==> eMBState = STATE_ENABLED;
if( eMBState != STATE_ENABLED )
{
return MB_EILLSTATE;
}
/* Check if there is a event available.
If not return control to caller.
* Otherwise we will handle the event. */
//查詢事件
if( xMBPortEventGet( &eEvent ) == TRUE )
{
switch ( eEvent )
{
case EV_READY:
break;
case EV_FRAME_RECEIVED:
//接收報文函數(shù)，傳入?yún)?shù)從機(jī)地址，報文指針，長度
//實際上調(diào)用了eMBRTUReceive 位于mbrtu.c
eStatus = peMBFrameReceiveCur( &ucRcvAddress,
&ucMBFrame, &usLength );
if( eStatus == MB_ENOERR )
{
/* Check if the frame is for us.
If not ignore the frame. */
//驗證報文從機(jī)地址
if( ( ucRcvAddress == ucMBAddress ) ||
( ucRcvAddress == MB_ADDRESS_BROADCAST ) )
{
//發(fā)送事件，報文到達(dá)，可以進(jìn)行處理
( void )xMBPortEventPost( EV_EXECUTE );
}
}
break;
case EV_EXECUTE:
ucFunctionCode = ucMBFrame[MB_PDU_FUNC_OFF];
eException = MB_EX_ILLEGAL_FUNCTION;
for( i = 0; i < MB_FUNC_HANDLERS_MAX; i++ )
{
/* No more function handlers registered. Abort. */
if( xFuncHandlers[i].ucFunctionCode == 0 )
{
break;
}
else if( xFuncHandlers[i].ucFunctionCode == ucFunctionCode )
{
eException = xFuncHandlers[i].pxHandler( ucMBFrame, &usLength );
break;
}
}
/* If the request was not sent to the broadcast address we
* return a reply. */
if( ucRcvAddress != MB_ADDRESS_BROADCAST )
{
if( eException != MB_EX_NONE )
{
/* An exception occured. Build an error frame. */
usLength = 0;
ucMBFrame[usLength++] = ( UCHAR )( ucFunctionCode | MB_FUNC_ERROR );
ucMBFrame[usLength++] = eException;
}
if( ( eMBCurrentMode == MB_ASCII ) && MB_ASCII_TIMEOUT_WAIT_BEFORE_SEND_MS )
{
vMBPortTimersDelay( MB_ASCII_TIMEOUT_WAIT_BEFORE_SEND_MS );
}
eStatus = peMBFrameSendCur( ucMBAddress, ucMBFrame, usLength );
}
break;
case EV_FRAME_SENT:
break;
}
}
return MB_ENOERR;
這里代碼比較多，我們逐行分析下。
13-16行檢測eMBState是否為STATE_ENABLED?之前我們在eMBEnable()已經(jīng)將eMBState置為STATE_ENABLED
23-89行檢測是否有事件發(fā)生，并執(zhí)行事件對應(yīng)的處理函數(shù)。
eMBPoll()就是一直在檢測是否有事件，有就處理。我們先來看xMBPortEventGet( &eEvent )BOOL
xMBPortEventGet( eMBEventType * eEvent )
{
BOOL xEventHappened = FALSE;
//若有事件更新
if( xEventInQueue )
{
//獲得事件
*eEvent = eQueuedEvent;
xEventInQueue = FALSE;
xEventHappened = TRUE;
}
return xEventHappened;
}
代碼比較簡單，就是檢測是否有事件，并將事件回傳給掉它的函數(shù)。剛剛我們發(fā)生了一個事件，還記得嗎?在第一次定時器中斷的時候 執(zhí)行了這樣一句話xNeedPoll = xMBPortEventPost( EV_READY );
可惜EV_READY事件只是告訴主程序協(xié)議棧初始化成功，并沒有做實際的事情。
好了，到這里我們大概將freemodbus的啟動流程分析了一下，我們來總結(jié)一下。
eMBInit()：配置了定時器和串口，并規(guī)定了modbus的啟動、停止、發(fā)送以及接收數(shù)據(jù)的函數(shù)具體形式。
eMBEnable():打開定時器并開啟中斷， 使能串口接收并開啟中斷。
eMBPoll()：檢測是否有事件發(fā)生，并處理對應(yīng)的事件，包括接收到完整數(shù)據(jù)幀的事件，處理數(shù)據(jù)幀的事件。
協(xié)議棧剩下的工作就是接收串口的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理，并會通過串口返回對應(yīng)的回應(yīng)幀。我們將會在下面分析modbus RTU模式的接收發(fā)送機(jī)制分析。
