基于STM32CubeMX移植freeModbusRTU（从站）

编程语言 2020-04-18 10:19:58 阅读次数: 0

困惑了将近一年多的ModbusRTU在我昨天穷极无聊给自己定目标的情况下搞出来了，以前移植不出来主要原因就是基本功不扎实，没有进一步理解串口和定时器配置的原理，一通操作，移植完之后就Timeout，接下来就分享一下我是怎么从0开始移植这个协议的。

项目已上传码云，文章底部有链接！

1.需要的材料

  1. STM32开发板一块，不限型号
  2. freeModbus包可进入后方链接下载（Modbus官方源码包）
  3. STM32CubeMX

2.操作步骤

操作之前先讲两个主要问题

1.串口设置问题

MoubusRTU移植到stm32平台通信是通过串口进行通信，主要是需要串口进行收发，所以发送中断时必须的，在波特率设置问题上是和定时器相关联，在mbrtu.c文件的eMBRTUInit函数里具体说明了串口波特率和定时器设置的关系

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.
         */
        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 );
        }
        if( xMBPortTimersInit( ( USHORT ) usTimerT35_50us ) != TRUE )
        {
            eStatus = MB_EPORTERR;
        }
    }
    EXIT_CRITICAL_SECTION(  );

    return eStatus;
}

从上面代码的注释中可以看出，当波特率大于19200时，超时时间固定位为1750us，当波特率小于19200时，超时时间为3.5个字符时间，具体计算公式在代码注释里已经有了，这里我就不多赘述。本人波特率使用115200，所以按照1750us来。

2.定时器设置问题

ModbusRTU是通过定时器和串口配合来实现Modbus通信的，所以定时器是决定有没有超时的一大关键问题，由串口设置部分可知，定时器设置是要配合串口设置的波特率食用比较香，所以根据我使用的115200波特率可以得到我定时器设置。首先是APB1的主频率获取到，modbus要求通过预分配后得到的周期为50us，对应频率为20KHz。根据rtu初始化代码得到自动重载值设置为35。

具体操作：

熟悉stm32cubemx的老司机可以直接从15步看起

1.选择MCU型号

选择自己的stm32

2.使能时钟源RCC为外部时钟时钟源选择
3.配置时钟树，记录APB1频率，我这里是36MHz

配置时钟树

4.使能定时器4，预分频系数为1800-1，对应的分频频率为20KHz，不懂的回到上面去看定时器设置解析，自动重载值设置为35，得到超时时间1750us。

使能定时器4

5.使能定时器中断

在这里插入图片描述

6.配置串口2，选择异步通信后参数设置为115200,8，NONE，1

在这里插入图片描述

7.使能串口中断

串口中断

8.配置中断优先级，定时器中断优先级低于串口中断即可

中断优先级

9.配置项目参数并分离头文件和c文件后生成代码。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

10.打开freeModbus代码包的demo文件夹，新建一个名为STM32MB的文件夹，之后将BARE文件夹内所有内容复制到STM32MB文件夹下，复制完成如图

在这里插入图片描述

11.回到freeModbus代码包，复制整个modbus文件夹也粘贴到STM32MB文件夹内，完成效果如图

在这里插入图片描述

12.将STM32MB文件夹移动到stm32cubeMX生成的工程目录下，如图

在这里插入图片描述

13.打开工程，引入STM32MB内的所有头文件，并新建名为MB和MB_Port的组，MB内添加STM32MB文件夹下modbus文件夹内所有c文件以及根目录的demo.c文件，MB_Port内添加STM32MB文件夹下port文件夹内所有c文件，如图所示

工程文件
添加头文件

14.修改demo.c文件夹的main函数名为host，编译不报错即可开始修改，如图所示

在这里插入图片描述
以下为正式修改Modbus代码，上面比较繁琐，熟悉stm32cubemx的老司机可以直接从15步看起

15.修改MB_Port下的portserial.c文件（串口设置）

我直接贴代码，自己对比我的代码和源码差距，关键地方我会在后边标注

#include "port.h"
#include "stm32f7xx_hal.h"
#include "usart.h"
/* ----------------------- Modbus includes ----------------------------------*/
#include "mb.h"
#include "mbport.h"

/* ----------------------- static functions ---------------------------------*/
//static void prvvUARTTxReadyISR( void );
//static void prvvUARTRxISR( void );

/* ----------------------- Start implementation -----------------------------*/
void
vMBPortSerialEnable( BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable )
{
    /* If xRXEnable enable serial receive interrupts. If xTxENable enable
     * transmitter empty interrupts.
     */
		if (xRxEnable)															//将串口收发中断和modbus联系起来，下面的串口改为自己使能的串口
			{
				__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2,UART_IT_RXNE);	//我用的是串口2，故为&huart2
			}
		else
			{
				__HAL_UART_DISABLE_IT(&huart2,UART_IT_RXNE);
			}
		if (xTxEnable)
			{
				__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2,UART_IT_TXE);
			}
		else
			{
				__HAL_UART_DISABLE_IT(&huart2,UART_IT_TXE);
			}	
}

BOOL
xMBPortSerialInit( UCHAR ucPORT, ULONG ulBaudRate, UCHAR ucDataBits, eMBParity eParity )
{
    return TRUE;				//改为TURE，串口初始化在usart.c定义，mian函数已完成
}

BOOL
xMBPortSerialPutByte( CHAR ucByte )
{
    /* Put a byte in the UARTs transmit buffer. This function is called
     * by the protocol stack if pxMBFrameCBTransmitterEmpty( ) has been
     * called. */
		if(HAL_UART_Transmit (&huart2 ,(uint8_t *)&ucByte,1,0x01) != HAL_OK )	//添加发送一位代码
			return FALSE ;
		else
			return TRUE;
}

BOOL
xMBPortSerialGetByte( CHAR * pucByte )
{
    /* Return the byte in the UARTs receive buffer. This function is called
     * by the protocol stack after pxMBFrameCBByteReceived( ) has been called.
     */
	if(HAL_UART_Receive (&huart2 ,(uint8_t *)pucByte,1,0x01) != HAL_OK )//添加接收一位代码
			return FALSE ;
	else
    return TRUE;
}

/* Create an interrupt handler for the transmit buffer empty interrupt
 * (or an equivalent) for your target processor. This function should then
 * call pxMBFrameCBTransmitterEmpty( ) which tells the protocol stack that
 * a new character can be sent. The protocol stack will then call 
 * xMBPortSerialPutByte( ) to send the character.
 */
//static 
void prvvUARTTxReadyISR( void )		//删去前面的static，方便在串口中断使用
{
    pxMBFrameCBTransmitterEmpty(  );
}

/* Create an interrupt handler for the receive interrupt for your target
 * processor. This function should then call pxMBFrameCBByteReceived( ). The
 * protocol stack will then call xMBPortSerialGetByte( ) to retrieve the
 * character.
 */
//static 
void prvvUARTRxISR( void )				//删去前面的static，方便在串口中断使用
{
    pxMBFrameCBByteReceived(  );
}
16.修改MB_Port下的porttimer.c文件（定时器设置）

我直接贴代码，自己对比我的代码和源码差距，关键地方我会在后边标注

#include "port.h"
#include "stm32f7xx_hal.h"
#include "tim.h"
/* ----------------------- Modbus includes ----------------------------------*/
#include "mb.h"
#include "mbport.h"

/* ----------------------- static functions ---------------------------------*/
//static void prvvTIMERExpiredISR( void );

/* ----------------------- Start implementation -----------------------------*/
BOOL
xMBPortTimersInit( USHORT usTim1Timerout50us )		//定时器初始化直接返回TRUE，已经在mian函数初始化过
{
    return TRUE;
}


inline void
vMBPortTimersEnable(  )		//使能定时器中断，我用的是定时器4，所以为&htim4
{
    /* Enable the timer with the timeout passed to xMBPortTimersInit( ) */
		__HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim4,TIM_IT_UPDATE);
		__HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim4,TIM_IT_UPDATE);
		__HAL_TIM_SetCounter(&htim4,0);
		__HAL_TIM_ENABLE(&htim4);
}

inline void
vMBPortTimersDisable(  )	//取消定时器中断
{
    /* Disable any pending timers. */
			__HAL_TIM_DISABLE(&htim4);
			__HAL_TIM_SetCounter(&htim4,0);
			__HAL_TIM_DISABLE_IT(&htim4,TIM_IT_UPDATE);
			__HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim4,TIM_IT_UPDATE);
}

/* Create an ISR which is called whenever the timer has expired. This function
 * must then call pxMBPortCBTimerExpired( ) to notify the protocol stack that
 * the timer has expired.
 */
//static 
void prvvTIMERExpiredISR( void )	//modbus定时器动作，需要在中断内使用
{
    ( void )pxMBPortCBTimerExpired(  );
}
17.修改完Modbus与stm32的接口文件之后要在port.h文件内定义总中断

位置在port.h文件的32行和33行，修改为如下所示，并在port.h前包含上stm32的hal库，如图所示

#define ENTER_CRITICAL_SECTION( )   __set_PRIMASK(1) 	 //关总中断
#define EXIT_CRITICAL_SECTION( )    __set_PRIMASK(0)   //开总中断

#include "stm32f7xx_hal.h"

在这里插入图片描述
modbus端口函数到此修改完成，接下来是中断函数

18.串口及定时器中断修改

打开工程内的中断文件，是在Application/User–>stm32f7xx_it.c
根据板子不同而不同，区别是stm32f后面的数字。知道是中断管理文件就行
在/* USER CODE BEGIN PFP */后添加以下代码，用于和modbus的串口和定时器功能代码联系

extern void prvvUARTTxReadyISR(void);
extern void prvvUARTRxISR(void);
extern void prvvTIMERExpiredISR( void );

找到自己设置的串口中断处理函数，添加如下代码，用于将串口收到的内容移动到modbus功能函数进行处理

void USART2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART2_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */
	if(__HAL_UART_GET_IT_SOURCE(&huart2, UART_IT_RXNE)!= RESET) 
		{
			prvvUARTRxISR();//接收中断
		}

	if(__HAL_UART_GET_IT_SOURCE(&huart2, UART_IT_TXE)!= RESET) 
		{
			prvvUARTTxReadyISR();//发送中断
		}
	
  HAL_NVIC_ClearPendingIRQ(USART2_IRQn);
  HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
  /* USER CODE END USART2_IRQn 1 */
}

在Application/User–>stm32f7xx_it.c末尾的/* USER CODE BEGIN 1 */添加定时器中断回调函数如下：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)	//定时器中断回调函数，用于连接porttimer.c文件的函数
{
  /* NOTE : This function Should not be modified, when the callback is needed,
            the __HAL_TIM_PeriodElapsedCallback could be implemented in the user file
   */
  	prvvTIMERExpiredISR( );
}

到此，串口和定时器的问题已经处理完毕，接下来是modbus的配置

19.modbus功能处理

硬件接口方面结束之后就可以开始写功能了，在MB–>demo.c中有功能示例，我们根据功能示例来修改对应的功能并使能modbus，这里我只说输入寄存器功能，其它的一次类推，就不多赘述。
这里也是直接贴代码，大概说一下，就是自己设置一个数组，将数据放到数组内，并在被读取时根据数据位置将数据返回去

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

/* ----------------------- Defines ------------------------------------------*/
#define REG_INPUT_START 0
#define REG_INPUT_NREGS 5

/* ----------------------- Static variables ---------------------------------*/
static USHORT   usRegInputStart = REG_INPUT_START;
//static 
uint16_t   usRegInputBuf[REG_INPUT_NREGS];
uint16_t InputBuff[5];

eMBErrorCode
eMBRegInputCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs )
{
    eMBErrorCode    eStatus = MB_ENOERR;
    int             iRegIndex;
		int             i;
		InputBuff[0] = 0x11;
		InputBuff[1] = 0x22;
		InputBuff[2] = 0x33;
		InputBuff[3] = 0x44;
	
    if( ( usAddress >= REG_INPUT_START )
        && ( usAddress + usNRegs <= REG_INPUT_START + REG_INPUT_NREGS ) )
    {
        iRegIndex = ( int )( usAddress - usRegInputStart );
				for(i=0;i<usNRegs;i++)
				{
					*pucRegBuffer=InputBuff[i+usAddress-1]>>8;
					pucRegBuffer++;
					*pucRegBuffer=InputBuff[i+usAddress-1]&0xff;
					pucRegBuffer++;
				}
    }
    else
    {
        eStatus = MB_ENOREG;
    }

    return eStatus;
}

eMBErrorCode
eMBRegHoldingCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs,
                 eMBRegisterMode eMode )
{
    return MB_ENOREG;
}


eMBErrorCode
eMBRegCoilsCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNCoils,
               eMBRegisterMode eMode )
{
    return MB_ENOREG;
}

eMBErrorCode
eMBRegDiscreteCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNDiscrete )
{
    return MB_ENOREG;
}
20.modbus启动

启动modbus需要在main函数进行初始化、开启侦听操作，需要添加以下代码，对应位置可在mian函数找到

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "mb.h"
#include "mbport.h"
/* USER CODE END Includes */

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	eMBInit( MB_RTU, 0x01, 1, 115200, MB_PAR_NONE);//初始化modbus，走modbusRTU，从站地址为0x01，端口为1。
	eMBEnable(  );//使能modbus
  /* USER CODE END 2 */

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		( void )eMBPoll(  );//启动modbus侦听
  }
  /* USER CODE END 3 */

至此修改完毕，编译下载之后即可使用modbus poll进行连接测试。

21.modbus测试

将上述代码编译下载到板子，用TTL转USB接入PC，找到在PC的对应端口即可打开ModbusPoll进行通信测试
代码下载成功后打开ModbusPoll，打开读写定义并设置为从站地址1，功能04读输入寄存器，起始地址0，长度为4，如图所示
在这里插入图片描述
读写设置
按F3进行连接，连接设置如图，串口所在位置会显示TTL转串口的芯片型号，按照如下设定后确定。
在这里插入图片描述
即可得到下图，由于我们输入寄存器存放的是16进制数，所以要将ModbusPoll显示模式改为16进制才能显示相同内容
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
最终效果如下图，ModbusPoll读取的值与STM32内寄存器内的值一致，读取成功！
在这里插入图片描述

至此，freeModbusRTU移植成功！，具体代码已上传，详见我的码云F7_ModbusRTU

做完事情就要去打一下游戏！
希望大家不要白piao，点赞评论打赏素质三连！！！

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