嵌入式学习-网络高级-Day01

【1】Modbus协议

起源

Modbus由Modicon公司于1979年开发，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议

在中国，Modbus 已经成为国家标准，并有专业的规范文档，感兴趣的可以去查阅相关的文件，详情如下：标准编号为:GB/T19582-2008文件名称:《基于 Modbus 协议的工业自动化网络规范》

Modbus通信协议具有多个变种，其中有支持串口，以太网多个版本，其中最著名的是Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP三种

其中Modbus TCP是在施耐德收购Modicon后1997年发布的。

分类

1）Modbus RTU

运行在串口上的协议，采用二进制表现形式以及紧凑的数据结构，通信效率较高，应用比较广泛

2）Modbus ASCII

运行在串口上的协议，采用ASCII码进行传输，并且每个字节的开始和结束都有特殊字符作为标志，传输效率远远低于Modbus RTU，一般只有通讯量比较少时才会考虑它。

3）Modbus TCP

是一种基于以太网的协议，使用 TCP/IP 协议栈进行通信。它使用以太网帧作为数据传输的封装，通过 IP 地址和端口号来标识设备。

优势

简单、免费、容易使用

应用场景

Modbus协议是现在国内工业领域应用最多的协议，不只PLC设备，各种终端设备，比如水控机、水表、电表、工业秤、各种采集设备

【2】Modbus TCP

特点

1.遵循主从问答的形式通信。（主从问答：采集信息，控制）

（主问------从答（247）0：广播 1-247：从机 248-255：保留）

2.Modbus TCP协议是应用层协议，基于传输层TCP通信

3.Modbus TCP的默认端口号为502

组成

Modbus TCP协议包含三部分：报文头、功能码、数据

报文头有7个字节，功能码有1个字节，Modbus TCP协议最大数据帧长度为260个字节，数据最多为252个字节。

报文头：7个字节

事务处理标识符：序列号没有限制，主机发什么，从机回什么

协议标识符：0x0000正好是两个字节

长度：接下来的字节长度

单元标识符：从机标识（从机id）

寄存器（存储数据）

Modbus TCP通过寄存器的方式存储数据。

一共有四种类型的寄存器，分别是：离散量输入、线圈、输入寄存器、保持寄存器。

1） 离散量和线圈其实就是位寄存器（每个寄存器数据占1字节），工业上主要用于控制IO设备。

线圈寄存器，类比为开关量，每一个bit都对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。 线圈寄存器支持读也支持写，写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。

对应上面的功能码也就是：0x01 0x05 0x0f

离散输入寄存器，离散输入寄存器就相当于线圈寄存器的只读模式，他也是每个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取输入的开关信号，是不能够写的。比如我读取外部按键的按下还是松开。

所以功能码也简单就一个读的 0x02

2） 输入和保持寄存器是字寄存器（每个寄存器数据占2个字节），工业上主要用于存储工业设备的值。

保持寄存器，这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte，也就是可以存放具体的数据量的，并且是可读写的。比如我我设置时间年月日，不但可以写也可以读出来现在的时间。写也分为单个写和多个写

所以功能码有对应的三个：0x03 0x06 0x10

输入寄存器，这个和保持寄存器类似，但是也是只支持读而不能写。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值

对应的功能码也就一个 0x04

功能码

15（十进制）转换为十六进制：0x0f

16（十进制）转换为十六进制：0x10

点亮一个灯：05

读温、湿度数据：03 04

具体协议分析：实例分享 | ModbusTCP报文详解

总结

读数据

主机---》从机：

报文头------功能码-------起始地址-------数量

从机---》主机：

报文头（字节长度可能发生变化）------功能码------字节计数-------数据

写数据

写单个

主机---》从机：

报文头------功能码-------地址-------数据/断通标志（2个字节）

（数据：保持寄存器 断通标志：线圈）

从机---》主机：

原文返回

（对于读数据以及写单个来说，在主机询问报文里面报文头中字节长度固定，都是0x0006，（1个字节的单元标识符，1个字节功能码，2个字节的地址，2个字节的数据））

写多个

主机---》从机：

报文头------功能码-------起始地址-------数量--------字节计数--------数据

从机---》主机：

原文返回（报文头------功能码-------起始地址-------数量）

练习

练习一：

主机---》从机：

12 34 00 00 00 06 01 03 00 63 00 02

12 34 ：事务处理标识符

00 00 ：协议标识符

00 06 ：字节长度

01 ：单元标识符03 ：功能码（保持寄存器）

00 63 ：起始地址 6*16+3=99，40100

00 02：寄存器数量

从机---》主机：

12 34 00 00 00 07 01 03 04 02 13 30 08

12 34 ：事务处理标识符

00 00 ：协议标识符

00 07 ：字节长度

01 ：单元标识符

03：功能码（保持寄存器）

04 ：字节计数

02 13 ：40100寄存器的数据

30 08 ：40101寄存器的数据

练习二：

读传感器数据，读1个寄存器数据，写出主从数据收发协议。

主机--》从机：0000 0000 0006 01 03 0007 0001

从机--》主机：0000 0000 0005 01 03 02 1234

写出控制IO设备开关的协议数据，操作1个线圈,置1。

主机--》从机：0000 0000 0006 04 05 0012 ff00

从机--》主机：0000 0000 0006 04 05 0012 ff00

【3】工具安装

Modbus Slave、Poll安装

1）默认安装

2）破解：点击connection-》connect，输入序列号（序列号在SN.txt)

3）使用：

从机：Modbus Slave

先设置：

再连接：点击connection-》connect

主机：

先设置

再连接：（一定要先开启从机（salve端），再开启主机（poll端））

网络调试助手

wireshark

捕获器选择：

windows如果连接有线网络，选择本地连接/以太网

如果连接无线网络，选择WLAN

如果只是在本机上的通信，选择NPCAP Loopback apdater

或Adapter for loopback traffic capture

过滤条件：

过滤端口：tcp.port==502

过滤IP：ip.addr == 192.168.3.11(windows 的ip)

练习

在虚拟机写程序实现poll端功能，编写客户端实现和Slave通信，完成03功能码。

发送的内容是什么？怎么去读数据？

uint8_t data[12]={0x00,0x00,0x00,0x00.......};

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    uint8_t data[12]={0x12,0x34,0x00,0x00,0x00,0x06,0x01,0x03,0x00,0x00,0x00,0x02};
    // 1.创建套接字（socket）------------》有手机
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);
    // 2.指定（服务器）网络信息--------》有对方的号码
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    // 3.连接（connect）-------------------》拨打电话
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("connect err");
        return -1;
    }
    printf("connect okk\n");
    // 4.接收发送消息（recv send）---》通话
    send(sockfd,data,sizeof(data),0);
    uint8_t d[32]={0};
    read(sockfd,d,sizeof(d));
    for(int i=0;i<d[8];i++)
    {
        //d[8]:表示字节计数:前8个位置分别为:7个字节报文头+1个字节功能码
        printf("%#x ",d[9+i]);
    }
    putchar(10);
    // 5.关闭套接字（close）------------》挂电话
    close(sockfd);
    return 0;
}