基於STM32CubeMX移植freeModbusRTU（從站）

困惑了將近一年多的ModbusRTU在我昨天窮極無聊給自己定目標的情況下搞出來了，以前移植不出來主要原因就是基本功不紮實，沒有進一步理解串口和定時器配置的原理，一通操作，移植完之後就Timeout，接下來就分享一下我是怎麼從0開始移植這個協議的。

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1.需要的材料

1. STM32開發板一塊，不限型號
2. freeModbus包可進入後方鏈接下載（Modbus官方源碼包）
3. STM32CubeMX

2.操作步驟

操作之前先講兩個主要問題

1.串口設置問題

MoubusRTU移植到stm32平臺通信是通過串口進行通信，主要是需要串口進行收發，所以發送中斷時必須的，在波特率設置問題上是和定時器相關聯，在mbrtu.c文件的eMBRTUInit函數裏具體說明了串口波特率和定時器設置的關係

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;
}

從上面代碼的註釋中可以看出，當波特率大於19200時，超時時間固定位爲1750us，當波特率小於19200時，超時時間爲3.5個字符時間，具體計算公式在代碼註釋裏已經有了，這裏我就不多贅述。本人波特率使用115200，所以按照1750us來。

2.定時器設置問題

ModbusRTU是通過定時器和串口配合來實現Modbus通信的，所以定時器是決定有沒有超時的一大關鍵問題，由串口設置部分可知，定時器設置是要配合串口設置的波特率食用比較香，所以根據我使用的115200波特率可以得到我定時器設置。首先是APB1的主頻率獲取到，modbus要求通過預分配後得到的週期爲50us，對應頻率爲20KHz。根據rtu初始化代碼得到自動重載值設置爲35。

具體操作：

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熟悉stm32cubemx的老司機可以直接從15步看起

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1.選擇MCU型號

2.使能時鐘源RCC爲外部時鐘

3.配置時鐘樹，記錄APB1頻率，我這裏是36MHz

4.使能定時器4，預分頻係數爲1800-1，對應的分頻頻率爲20KHz，不懂的回到上面去看定時器設置解析，自動重載值設置爲35，得到超時時間1750us。

5.使能定時器中斷

6.配置串口2，選擇異步通信後參數設置爲115200,8，NONE，1

7.使能串口中斷

8.配置中斷優先級，定時器中斷優先級低於串口中斷即可

9.配置項目參數並分離頭文件和c文件後生成代碼。

10.打開freeModbus代碼包的demo文件夾，新建一個名爲STM32MB的文件夾，之後將BARE文件夾內所有內容複製到STM32MB文件夾下，複製完成如圖

11.回到freeModbus代碼包，複製整個modbus文件夾也粘貼到STM32MB文件夾內，完成效果如圖

12.將STM32MB文件夾移動到stm32cubeMX生成的工程目錄下，如圖

13.打開工程，引入STM32MB內的所有頭文件，並新建名爲MB和MB_Port的組，MB內添加STM32MB文件夾下modbus文件夾內所有c文件以及根目錄的demo.c文件，MB_Port內添加STM32MB文件夾下port文件夾內所有c文件，如圖所示

14.修改demo.c文件夾的main函數名爲host，編譯不報錯即可開始修改，如圖所示

以下爲正式修改Modbus代碼，上面比較繁瑣，熟悉stm32cubemx的老司機可以直接從15步看起

15.修改MB_Port下的portserial.c文件（串口設置）

我直接貼代碼，自己對比我的代碼和源碼差距，關鍵地方我會在後邊標註

#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)															//將串口收發中斷和modbus聯繫起來，下面的串口改爲自己使能的串口
			{
				__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2,UART_IT_RXNE);	//我用的是串口2，故爲&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;				//改爲TURE，串口初始化在usart.c定義，mian函數已完成
}

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 )	//添加發送一位代碼
			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 )//添加接收一位代碼
			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 )		//刪去前面的static，方便在串口中斷使用
{
    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 )				//刪去前面的static，方便在串口中斷使用
{
    pxMBFrameCBByteReceived(  );
}

16.修改MB_Port下的porttimer.c文件（定時器設置）

我直接貼代碼，自己對比我的代碼和源碼差距，關鍵地方我會在後邊標註

#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 )		//定時器初始化直接返回TRUE，已經在mian函數初始化過
{
    return TRUE;
}


inline void
vMBPortTimersEnable(  )		//使能定時器中斷，我用的是定時器4，所以爲&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(  )	//取消定時器中斷
{
    /* 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定時器動作，需要在中斷內使用
{
    ( void )pxMBPortCBTimerExpired(  );
}

17.修改完Modbus與stm32的接口文件之後要在port.h文件內定義總中斷

位置在port.h文件的32行和33行，修改爲如下所示，並在port.h前包含上stm32的hal庫，如圖所示

#define ENTER_CRITICAL_SECTION( )   __set_PRIMASK(1) 	 //關總中斷
#define EXIT_CRITICAL_SECTION( )    __set_PRIMASK(0)   //開總中斷

#include "stm32f7xx_hal.h"

modbus端口函數到此修改完成，接下來是中斷函數

18.串口及定時器中斷修改

打開工程內的中斷文件，是在Application/User–>stm32f7xx_it.c
根據板子不同而不同，區別是stm32f後面的數字。知道是中斷管理文件就行
在/* USER CODE BEGIN PFP */後添加以下代碼，用於和modbus的串口和定時器功能代碼聯繫

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

找到自己設置的串口中斷處理函數，添加如下代碼，用於將串口收到的內容移動到modbus功能函數進行處理

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();//接收中斷
		}

	if(__HAL_UART_GET_IT_SOURCE(&huart2, UART_IT_TXE)!= RESET) 
		{
			prvvUARTTxReadyISR();//發送中斷
		}
	
  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 */添加定時器中斷回調函數如下：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)	//定時器中斷回調函數，用於連接porttimer.c文件的函數
{
  /* 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，串口和定時器的問題已經處理完畢，接下來是modbus的配置

19.modbus功能處理

硬件接口方面結束之後就可以開始寫功能了，在MB–>demo.c中有功能示例，我們根據功能示例來修改對應的功能並使能modbus，這裏我只說輸入寄存器功能，其它的一次類推，就不多贅述。
這裏也是直接貼代碼，大概說一下，就是自己設置一個數組，將數據放到數組內，並在被讀取時根據數據位置將數據返回去

/* ----------------------- 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啓動

啓動modbus需要在main函數進行初始化、開啓偵聽操作，需要添加以下代碼，對應位置可在mian函數找到

/* 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，從站地址爲0x01，端口爲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(  );//啓動modbus偵聽
  }
  /* USER CODE END 3 */

至此修改完畢，編譯下載之後即可使用modbus poll進行連接測試。

21.modbus測試

將上述代碼編譯下載到板子，用TTL轉USB接入PC，找到在PC的對應端口即可打開ModbusPoll進行通信測試
代碼下載成功後打開ModbusPoll，打開讀寫定義並設置爲從站地址1，功能04讀輸入寄存器，起始地址0，長度爲4，如圖所示


按F3進行連接，連接設置如圖，串口所在位置會顯示TTL轉串口的芯片型號，按照如下設定後確定。

即可得到下圖，由於我們輸入寄存器存放的是16進制數，所以要將ModbusPoll顯示模式改爲16進制才能顯示相同內容


最終效果如下圖，ModbusPoll讀取的值與STM32內寄存器內的值一致，讀取成功！

至此，freeModbusRTU移植成功！，具體代碼已上傳，詳見我的碼雲F7_ModbusRTU

做完事情就要去打一下游戲！
希望大家不要白piao，點贊評論打賞素質三連！！！