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# Agile Modbus
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## 1、介绍
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Agile Modbus 即：轻量型 modbus 协议栈，满足用户任何场景下的使用需求。
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- `examples` 文件夹提供 PC 上的示例
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- MCU 上的示例查看 [mcu_demos](https://github.com/loogg/agile_modbus_mcu_demos)
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- 在 AT32F437 上基于 RT-Thread 实现的支持 Modbus 固件升级的 Bootloader：[AT32F437_Boot](https://github.com/loogg/AT32F437_Boot)
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- 在 HPM6750 上基于 RT-Thread 实现的支持 Modbus 固件升级的 Bootloader：[HPM6750_Boot](https://github.com/loogg/HPM6750_Boot)
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### 1.1、特性
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1. 支持 rtu 及 tcp 协议，使用纯 C 开发，不涉及任何硬件接口，可在任何形式的硬件上直接使用。
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2. 由于其使用纯 C 开发、不涉及硬件，完全可以在串口上跑 tcp 协议，在网络上跑 rtu 协议。
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3. 支持符合 modbus 格式的自定义协议。
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4. 同时支持多主机和多从机。
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5. 使用简单，只需要将 rtu 或 tcp 句柄初始化好后，调用相应 API 进行组包和解包即可。
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### 1.2、目录结构
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| 名称 | 说明 |
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| doc | 文档 |
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| examples | 例子 |
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| figures | 素材 |
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| inc | 头文件 |
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| src | 源代码 |
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| util | 提供简单实用的组件 |
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### 1.3、许可证
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Agile Modbus 遵循 `Apache-2.0` 许可，详见 `LICENSE` 文件。
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## 2、使用 Agile Modbus
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帮助文档请查看 [doc/doxygen/Agile_Modbus.chm](./doc/doxygen/Agile_Modbus.chm)
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### 2.1、移植
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- 用户需要实现硬件接口的 `发送数据` 、 `等待数据接收结束` 、 `清空接收缓存` 函数
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对于 `等待数据接收结束`，提供如下几点思路：
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1. 通用方法
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每隔 20 / 50 ms (该时间可根据波特率和硬件设置，这里只是给了参考值) 从硬件接口读取数据存放到缓冲区中并更新偏移，直到读取不到或缓冲区满，退出读取。
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这对于裸机或操作系统都适用，操作系统可通过 `select` 或 `信号量` 方式完成阻塞。
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2. 串口 `DMA + IDLE` 中断方式
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配置 `DMA + IDLE` 中断，在中断中使能标志，应用程序中判断该标志是否置位即可。
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但该方案容易出问题，数据字节间稍微错开一点时间就不是一帧了。推荐第一种方案。
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- 主机：
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1. `agile_modbus_rtu_init` / `agile_modbus_tcp_init` 初始化 `RTU/TCP` 环境
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2. `agile_modbus_set_slave` 设置从机地址
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3. `清空接收缓存`
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4. `agile_modbus_serialize_xxx` 打包请求数据
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5. `发送数据`
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6. `等待数据接收结束`
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7. `agile_modbus_deserialize_xxx` 解析响应数据
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8. 用户处理得到的数据
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- 从机：
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1. 实现 `agile_modbus_slave_callback_t` 类型回调函数
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2. `agile_modbus_rtu_init` / `agile_modbus_tcp_init` 初始化 `RTU/TCP` 环境
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3. `agile_modbus_set_slave` 设置从机地址
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4. `等待数据接收结束`
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5. `agile_modbus_slave_handle` 处理请求数据
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6. `清空接收缓存` (可选)
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7. `发送数据`
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- 特殊功能码
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需要调用 `agile_modbus_set_compute_meta_length_after_function_cb` 和 `agile_modbus_set_compute_data_length_after_meta_cb` API 设置特殊功能码在主从模式下处理的回调。
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- `agile_modbus_set_compute_meta_length_after_function_cb`
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`msg_type == AGILE_MODBUS_MSG_INDICATION`: 返回主机请求报文的数据元长度(uint8_t 类型)，不是特殊功能码必须返回 0。
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`msg_type == MSG_CONFIRMATION`: 返回从机响应报文的数据元长度(uint8_t 类型)，不是特殊功能码必须返回 1。
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- `agile_modbus_set_compute_data_length_after_meta_cb`
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`msg_type == AGILE_MODBUS_MSG_INDICATION`: 返回主机请求报文数据元之后的数据长度，不是特殊功能码必须返回 0。
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`msg_type == MSG_CONFIRMATION`: 返回从机响应报文数据元之后的数据长度，不是特殊功能码必须返回 0。
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- `agile_modbus_rtu_init` / `agile_modbus_tcp_init`
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初始化 `RTU/TCP` 环境时需要用户传入 `发送缓冲区` 和 `接收缓冲区`，建议这两个缓冲区大小都为 `AGILE_MODBUS_MAX_ADU_LENGTH` (260) 字节。`特殊功能码` 情况用户根据协议自行决定。
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但对于小内存 MCU，这两个缓冲区也可以设置小，所有 API 都会对缓冲区大小进行判断：
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发送缓冲区设置：如果 `预期请求的数据长度` 或 `预期响应的数据长度` 大于 `设置的发送缓冲区大小`，返回异常。
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接收缓冲区设置：如果 `主机请求的报文长度` 大于 `设置的接收缓冲区大小`，返回异常。这个是合理的，小内存 MCU 做从机肯定是需要对某些功能码做限制的。
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### 2.2、主机
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见 `2.1、移植`。
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### 2.3、从机
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#### 2.3.1、接口说明
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- `agile_modbus_slave_handle` 介绍
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```C
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int agile_modbus_slave_handle(agile_modbus_t *ctx, int msg_length, uint8_t slave_strict,
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agile_modbus_slave_callback_t slave_cb, const void *slave_data, int *frame_length)
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```
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msg_length: `等待数据接收结束` 后接收到的数据长度。
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slave_strict: 从机地址严格性检查 (0: 不判断地址是否一致，由用户回调处理; 1: 地址必须一致，否则不会调用回调，也不打包响应数据)。
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slave_cb: `agile_modbus_slave_callback_t` 类型回调函数，用户实现并传入。如果为 NULL，所有功能码都能响应且为成功，但寄存器数据依然为 0。
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slave_data: 从机回调函数私有数据。
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frame_length: 获取解析出的 modbus 数据帧长度。这个参数的意义在于：
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1. 尾部有脏数据: 仍能解析成功，并告诉用户真实的 modbus 帧长，用户可以进行处理
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2. 数据粘包: 数据由 `一帧完整的 modbus 数据 + 部分 modbus 数据帧` 组成，用户获得真实 modbus 帧长后，可以移除处理完的 modbus 数据帧，再次读取硬件接口数据与当前 `部分 modbus 数据帧` 组成新的一帧
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3. 该参数在 modbus 广播传输大数据时使用较多(如：自定义功能码广播升级固件)，普通的从机响应都是一问一答式，只处理完整数据帧就行，建议在响应前执行 `清空接收缓存`
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- `agile_modbus_slave_callback_t` 介绍
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```C
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/**
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* @brief 从机回调函数
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* @param ctx modbus 句柄
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* @param slave_info 从机信息体
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* @param data 私有数据
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* @return =0:正常;
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* <0:异常
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* (-AGILE_MODBUS_EXCEPTION_UNKNOW(-255): 未知异常，从机不会打包响应数据)
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* (其他负数异常码: 从机会打包异常响应数据)
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*/
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typedef int (*agile_modbus_slave_callback_t)(agile_modbus_t *ctx, struct agile_modbus_slave_info *slave_info, const void *data);
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```
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`agile_modbus_slave_info`:
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sft: 包含从机地址和功能码属性，回调中可利用
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rsp_length: 响应数据长度指针，回调中处理 `特殊功能码` 时需要更新其值，否则 **不准更改**
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address: 寄存器地址 (不是所有功能码都用到)
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nb: 数目 (不是所有功能码都用到)
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buf: 不同功能码需要使用的数据域 (不是所有功能码都用到)
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send_index: 发送缓冲区当前索引 (不是所有功能码都用到)
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- `agile_modbus_slave_info` 不同功能码使用
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- AGILE_MODBUS_FC_READ_COILS、AGILE_MODBUS_FC_READ_DISCRETE_INPUTS
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需要使用到 `address`、`nb`、`send_index` 属性，需要调用 `agile_modbus_slave_io_set` API 将 IO 数据存放到 `ctx->send_buf + send_index` 开始的数据区域。
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- AGILE_MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS、AGILE_MODBUS_FC_READ_INPUT_REGISTERS
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需要使用到 `address`、`nb`、`send_index` 属性，需要调用 `agile_modbus_slave_register_set` API 将寄存器数据存放到 `ctx->send_buf + send_index` 开始的数据区域。
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- AGILE_MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_COIL、AGILE_MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_REGISTER
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需要使用到 `address`、`buf` 属性，将 `buf` 强转为 `int *` 类型，获取值存放到寄存器中。
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- AGILE_MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_COILS
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需要使用到 `address`、`nb`、`buf` 属性，需要调用 `agile_modbus_slave_io_get` API 获取要写入的 IO 数据。
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- AGILE_MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_REGISTERS
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需要使用到 `address`、`nb`、`buf` 属性，需要调用 `agile_modbus_slave_register_get` API 获取要写入的寄存器数据。
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- AGILE_MODBUS_FC_MASK_WRITE_REGISTER
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需要使用到 `address`、`buf` 属性，通过 `(buf[0] << 8) + buf[1]` 获取 `and` 值，通过 `(buf[2] << 8) + buf[3]` 获取 `or` 值。获取寄存器值 `data`，进行 `data = (data & and) | (or & (~and))` 操作更新 `data` 值，写入寄存器。
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- AGILE_MODBUS_FC_WRITE_AND_READ_REGISTERS
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需要使用到 `address`、`buf`、`send_index` 属性，通过 `(buf[0] << 8) + buf[1]` 获取要读取的寄存器数目，通过 `(buf[2] << 8) + buf[3]` 获取要写入的寄存器地址，通过 `(buf[4] << 8) + buf[5]` 获取要写入的寄存器数目。需要调用 `agile_modbus_slave_register_get` API 获取要写入的寄存器数据，调用 `agile_modbus_slave_register_set` API 将寄存器数据存放到 `ctx->send_buf + send_index` 开始的数据区域。
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- 自定义功能码
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需要使用到 `send_index`、`nb`、`buf` 属性，用户在回调中处理数据。
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send_index: 发送缓冲区当前索引
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nb: PUD - 1，也就是 modbus 数据域长度
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buf: modbus 数据域起始位置
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**注意**: 用户在回调中往发送缓冲区填入数据后，需要更新 `agile_modbus_slave_info` 的 `rsp_length` 值。
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#### 2.3.2、简易从机接入接口
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Agile Modbus 提供了 `agile_modbus_slave_callback_t` 的一种实现方式，使用户能够简单方便接入。
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使用示例可查看 [examples/slave](./examples/slave)。
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使用方式：
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```C
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#include "agile_modbus.h"
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#include "agile_modbus_slave_util.h"
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const agile_modbus_slave_util_t slave_util = {
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/* User implementation */
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};
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agile_modbus_slave_handle(ctx, read_len, 0, agile_modbus_slave_util_callback, &slave_util, NULL);
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```
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- `agile_modbus_slave_util_callback` 介绍
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- Agile Modbus 提供的一种 `agile_modbus_slave_callback_t` 实现方式，需要 `agile_modbus_slave_util_t` 类型变量指针作为私有数据。
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- 私有数据为 NULL，所有功能码都能响应且为成功，但寄存器数据依然为 0。
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- `agile_modbus_slave_util_t` 介绍
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```C
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typedef struct agile_modbus_slave_util {
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const agile_modbus_slave_util_map_t *tab_bits; /**< 线圈寄存器定义数组 */
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int nb_bits; /**< 线圈寄存器定义数组数目 */
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const agile_modbus_slave_util_map_t *tab_input_bits; /**< 离散量输入寄存器定义数组 */
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int nb_input_bits; /**< 离散量输入寄存器定义数组数目 */
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const agile_modbus_slave_util_map_t *tab_registers; /**< 保持寄存器定义数组 */
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int nb_registers; /**< 保持寄存器定义数组数目 */
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const agile_modbus_slave_util_map_t *tab_input_registers; /**< 输入寄存器定义数组 */
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int nb_input_registers; /**< 输入寄存器定义数组数目 */
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int (*addr_check)(agile_modbus_t *ctx, struct agile_modbus_slave_info *slave_info); /**< 地址检查接口 */
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int (*special_function)(agile_modbus_t *ctx, struct agile_modbus_slave_info *slave_info); /**< 特殊功能码处理接口 */
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int (*done)(agile_modbus_t *ctx, struct agile_modbus_slave_info *slave_info, int ret); /**< 处理结束接口 */
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} agile_modbus_slave_util_t;
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```
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- 寄存器相关
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用户需要实现 `bits`、`input_bits`、`registers`、`input_registers` 定义。如果某个寄存器定义为 NULL，该寄存器对应的功能码能响应且为成功，但寄存器数据都为 0。
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- 接口调用过程
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- `agile_modbus_slave_util_map` 介绍
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```C
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typedef struct agile_modbus_slave_util_map {
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int start_addr; /**< 起始地址 */
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int end_addr; /**< 结束地址 */
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int (*get)(void *buf, int bufsz); /**< 获取寄存器数据接口 */
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int (*set)(int index, int len, void *buf, int bufsz); /**< 设置寄存器数据接口 */
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} agile_modbus_slave_util_map_t;
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```
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- **注意事项**:
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- 起始地址和结束地址决定的寄存器个数有限制。更改函数内部 `map_buf` 数组大小可使其变大。
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- bit 寄存器 < 250
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- register 寄存器 < 125
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- 接口函数为 NULL，寄存器对应的功能码能响应且为成功。
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- `get` 接口
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将地址域内的数据全部拷贝到 `buf` 中。
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- `set` 接口
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- `index`: 地址域内的偏移
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- `len`: 长度
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根据 `index` 和 `len` 修改数据。
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### 2.4、示例
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- [examples](./examples) 文件夹中提供 PC 上的示例，可以在 `WSL` 或 `Linux` 下编译运行。
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- RTU / TCP 主机、从机的示例
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- 特殊功能码的示例
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RTU 点对点传输文件: 演示特殊功能码的使用方式
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RTU 广播传输文件: 演示 `agile_modbus_slave_handle` 中 `frame_length` 的用处
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- [mcu_demos](https://github.com/loogg/agile_modbus_mcu_demos) 提供在 MCU 上的例子。
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- [AT32F437_Boot](https://github.com/loogg/AT32F437_Boot) 在 AT32F437 上基于 RT-Thread 实现的支持 Modbus 固件升级的 Bootloader。
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- [HPM6750_Boot](https://github.com/loogg/HPM6750_Boot) 在 HPM6750 上基于 RT-Thread 实现的支持 Modbus 固件升级的 Bootloader。
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### 2.5、Doxygen 文档生成
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- 使用 `Doxywizard` 打开 [Doxyfile](./doc/doxygen/Doxyfile) 运行，生成的文件在 [doxygen/output](./doc/doxygen/output) 下。
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- 需要更改 `Graphviz` 路径。
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- `HTML` 生成未使用 `chm` 格式的，如果使能需要更改 `hhc.exe` 路径。
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## 3、支持
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如果 Agile Modbus 解决了你的问题，不妨扫描上面二维码请我 **喝杯咖啡** ~
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## 4、联系方式 & 感谢
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- 维护：马龙伟
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- 主页：<https://github.com/loogg/agile_modbus>
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- 邮箱：<2544047213@qq.com>
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