概述
本文描述在工控领域内，我们常常使用Modbus RTU协议采集终端设备的数据，通过使用Modbus RTU协议，大大降低了设备和主机的适配的难度，作为终端设备的厂商，只要根据Modbus RTU协议，提供操作设备的Modbus 功能码和寄存器列表即可；
比如下面是某个485 电表厂家的modbus寄存器定义列表：
从列表中我们可以获取如下的信息：
1）该电表支持modbus中的03 04读两个功能码，10写功能码；
2）寄存器列表0x100 ~ 0x10A，我们需要注意一点，在modbus中寄存器的位宽是16位的，即占用两个字节；
libmodbus移植
我们在编写modbus 主机程序和从机程序时，我们需要实现modbus协议的封装和解析，我们可以自己造轮子（代码轻量级，但是稳定性不好），也可以选择使用比较多的优秀的开源软件，在嵌入式Linux系统上使用比较广泛的就是libmodbus这个库文件；
在使用gcc进行软件编译时，我们使用-lxxx 链接我们使用的库文件，比如在前一章中我们使用了pthread这个多线程编译的库，因此我们在编译程序时，使用了-lpthread进行链接，因此，我们在使用libmodbus库文件时，我们需要使用-lmodbus选项(自动回去找libmodbus.so这个文件)；
为了使ld能正确找到libmodbus.so的文件，我们可以使用两种方式：
1）我们下载libmobus文件，然后执行编译，产生libmodbus.so文件，然后将产生的libmodbus.so文件拷贝到板子的/lib（这是存放大部分*.so动态库文件的地方）；这种方式需要我们很强解决编译过程中遇到的依赖问题，不适合新手入门学习，当然，这种方式也不是很优雅的；
2）使用buildroot文件系统，buildroot本身就支持编译Libmodbus文件，我们只需要在buildroot的编译配置文件中加入下的修改：
buildroot/configs/rockchip_rk3506_defconfig文件中加入如下的修改
编译完成后，libmodbus库文件自动添加到根文件系统中，如下所示：
RK3506_Liunux/buildroot/output/rockchip_rk3506/target/lib：
我们重新烧写RK3506 板子，也可以在/lib目录下看到libmodus库文件：交叉工具链的准备
在之前的uart编程模型中，我们使用了 gcc-arm-linux-gnueabihf交叉工具。但是这个工具并不包含Libmodbus库文件，因此我们在交叉编译链接时，arm linux gcc 它是找不到libmodbus.so文件。解决这种问题有很多的办法，对于新手来说，我们使用最简单的方法，我们转向使用buildroot编译出来的交叉工具链。
1、buildroot编译交叉工具链
在RK3506_Linux源码目录下执行如下的指令：
编译完成后，则在如下的目录生成sdk 交叉工具链
RK3506_Liunux/buildroot/output/rockchip_rk3506/images
2、vmware ubuntu部署buildroot交叉工具链
将编译好的交叉工具链arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot.tar.gz，解压到/opt目录下
sudo tar -xvf arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot.tar.gz -C /optls /opt/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot
至此，我们可以使用libmodbus库的交叉工具链就准备就绪了，当然，以后我们还会用到更多的优秀开源库，我们也是使用同样的方法，将它们集成到我们的交叉工具链和文件系统中；
Modbus RTU主机程序
使用libmodbus库文件的 modbus RTU主机框架程序 modbus_master.c
#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<modbus/modbus.h>// 从站地址#define SLAVE_ADDR 1// 寄存器起始地址#define REG_START 0x100// 读取寄存器数量#define REG_CNT 3intmain(void){modbus_t *ctx;uint16_t tab_reg[REG_CNT];int rc;// 创建RTU上下文：串口，波特率115200，N81 ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyS3", 115200, 'N', 8, 1);if (ctx == NULL) {fprintf(stderr, "Unable to create modbus context\n");return-1; }// 设置从站IDmodbus_set_slave(ctx, SLAVE_ADDR);// 打开串口if (modbus_connect(ctx) == -1) {fprintf(stderr, "Connect failed: %s\n", modbus_strerror(modbus_errno(ctx)));modbus_free(ctx);return-1; }// 设置超时(秒,微秒)modbus_set_timeout(ctx, 1, 0);printf("Modbus RTU Master running, slave=%d\n", SLAVE_ADDR);while (1) {// 读取保持寄存器 功能码03 rc = modbus_read_registers(ctx, REG_START, REG_CNT, tab_reg);if (rc == -1) {fprintf(stderr, "Read reg error: %s\n", modbus_strerror(modbus_errno(ctx))); } else {printf("Reg[%d] ~ Reg[%d]: ", REG_START, REG_START + REG_CNT - 1);for (int i = 0; i < rc; i++) {printf("%04X ", tab_reg[i]); }printf("\n"); }// ==== 示例：写入单个保持寄存器 功能码06 ====// modbus_write_register(ctx, 0, 0x1234);// ==== 示例：批量写入多个寄存器 功能码16 ====// uint16_t wdata[2] = {0x0001,0x0002};// modbus_write_registers(ctx, 2, 2, wdata);usleep(500000); }modbus_close(ctx);modbus_free(ctx);return0;}
Modbus RTU 从机程序
在实际使用场景中，从机modbus设备常常使用03 06 和10功能码，因此下面的使用libmodbus库文件的 modbus RTU从机框架程序中我们仅关注03 06和10功能码 modbus_slave.c
#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<modbus/modbus.h>// 从站ID#define SLAVE_ID 1#define REG_START 0x100intmain(void){modbus_t *ctx;modbus_mapping_t *mb_mapping;int rc;// 1. 创建RTU上下文 ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyS3", 115200, 'N', 8, 1);if (ctx == NULL) {fprintf(stderr, "Create RTU context failed\n");return-1; }modbus_set_slave(ctx, SLAVE_ID);// 2. 创建modbus内存映射,定义了3个寄存器 mb_mapping = modbus_mapping_new(0, 0, 3, 0);if (mb_mapping == NULL) {fprintf(stderr, "Mapping alloc failed\n");modbus_free(ctx);return-1; }// 初始化寄存器地址从0x100开始 mb_mapping->tab_registers[0] = 0x0001; mb_mapping->tab_registers[1] = 0x0002; mb_mapping->tab_registers[2] = 0x0003;// 打开串口if (modbus_connect(ctx) == -1) {//fprintf(stderr, "Connect failed: %s\n", modbus_strerror(modbus_errno(ctx)));modbus_mapping_free(mb_mapping);modbus_free(ctx);return-1; }printf("Modbus RTU Slave start, ID=%d, /dev/ttyS3 115200 N81\n", SLAVE_ID);uint8_t query[MODBUS_RTU_MAX_ADU_LENGTH];while (1) {// 接收主机请求 rc = modbus_receive(ctx, query);if (rc > 0) {// 响应请求，自动读写mapping内存modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping); } }modbus_close(ctx);modbus_mapping_free(mb_mapping);modbus_free(ctx);return0;}
编译主机和从机
之前我们的demo文件只有一个文件组成，我们可以在命令行工具中使用arm-linux-gnueabihf-gcc完成编译，但是，在这次演示的文件中，我们有两个文件，我们该如何编译呢？我们可以使用一个叫做Makefile的文件来描述我们如何编译多个文件，但是Makefile的写法有点过时，感兴趣的同学，可以自己去看看Makefile的语法和编写规则，在这里，我们讲述现在比较常用的cmake这个工具，但是，我们需要编写CMakeLists.txt文件。在这个文件中，我们实现编译多个可执行程序，对于我们的Modbus主机和从机来说，我们编写如下的CMakeLists.txt文件
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)# 指定可执行程序运行的系统set(CMAKE_SYSTEM_NAME Linux)set(CMAKE_SYSTEM_PROCESSOR arm)# 指定交叉编译器前缀，我们使用带有libmodbus的交叉工具链的位置set(TOOLCHAIN_ROOT "/opt/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin")set(CROSS_COMPILE "${TOOLCHAIN_ROOT}/arm-buildroot-linux-gnueabihf-")# 指定我们的编译C文件和C++文件的编译器名字set(CMAKE_C_COMPILER ${CROSS_COMPILE}gcc)set(CMAKE_CXX_COMPILER ${CROSS_COMPILE}g++)# modbus masteradd_executable(modus_master modbus_master.c)target_link_libraries(modus_master PRIVATE modbus)# modbus slaveadd_executable(modus_slave modbus_slave.c)target_link_libraries(modus_slave PRIVATE modbus)
mkdir buildcd buildcmake ../make
执行完上述的指令后，在build目录下发现两个可执行程序测试
我们编写好了主机和从机程序，我们怎样测试呢，我们可以借助window是modbus poll这个软件进行测试。下面的展示中，我们只测试modbus 从机程序，关于主机程序的测试，感兴趣的同学自行完成；
首先我们运行从机程序如下：
然后使用modbuspoll软件运行主机程序，查询我们的从机设备：总结
文本我们讲述了使用libmobus库文件，实现工业领域内modbus RTU的编程。本文也第一次讲述了如何使用开源库的方法，并讲述了构建携带这些开源的交叉工具链的编译方法和部署方法。
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