C#使用TCPIP与ModBus进行通讯

1、,.c#使用 tcp/ip 与 modbus进行通讯1. modbus 的 client/server模型2. 数据包格式及 mbap header (modbus application protocol header)3. 大小端转换4. 事务标识和缓冲清理5. 示例代码1. modbus 的 client/server模型client 与 server 之间有两种通讯方式：一种是 tcp/ip，另一种是通过串口 (serial port) ，本文重点介绍第一种通讯方式。第二种方式留了接口，暂时还没有实现。2.数据包格式及mbap header (modbus application pr

2、otocol header)2.1数据包格式数据交换过程中，数据包的格式由三部分组成：协议头+ 功能码 + 数据 ( 请求或接受的数据 ) 。;.,.这里主要用到下列两个功能码（十进制）：3:读取寄存器中的值（ read multiple register）16:往寄存器中写值（ write multiple register）2.2 mbap header协议头具体包括下列4 个字段：(1) transaction identifier：事务 id 标识， client每发送一个 request 数据包的时候，需要带上该标识；当 server 响应该请求的时候，会把该标识复制到respons

3、e中；这样客户端就可以进行容错判断，防止数据包发串了。(2) protocal identifier：协议标识， modbus协议中，该值为 0；(3) length ：整个数据包中，从当个前这个字节之后开始计算，后续数据量的大小 ( 按 byte 计算 ) 。(4) unit identifier：-_-3. 大小端转换modbus使用 big-endian 表示地址和数据项。因此在发送或者接受数据的过程中，需要对数据进行转换。;.,.3.1判断大小端对于整数 1，在两种机器上有两种不同的标示方式，如上图所示；因此，我们可以用 &操作符来取其地址，再转换成指向 byte 的指针 (byte*

4、) ，最后再取该指针的值；若得到的 byte 值为 1，则为 little-endian ，否则为 big-endian 。1: unsafe2: 3:inttester = 1;4:boollittleendian = (*(byte *)(&tester) = (byte )1;5: 3.2整数 / 浮点数转换成byte 数组.net提供了现成的 api，可以 bitconverter.getbytes(value)和bitconverter.toxxoo(byte data) 来进行转换。 下面的代码对该转换进行了封装，加入了 little-endian 转 big-endian 的处理

5、（以 int 为例）：1:publicclassvaluehelper/big-endian可以直接转换2: 3:publicvirtualbyte getbytes(intvalue )4: 5:returnbitconverter.getbytes(value );6: 7:publicvirtualintgetint(byte data)8: 9:returnbitconverter.toint32(data, 0);.,.10: 11: 12:13:internalclasslittleendianvaluehelper : valuehelper/little-endian，转换时需

6、要做翻转处理。14: 15:publicoverridebyte getbytes(intvalue )16: 17:returnthis.reverse(bitconverter.getbytes(value );18: 19:publicvirtualintgetint(byte data)20: 21:returnbitconverter.toint32(this.reverse(data), 0);22: 23:privatebyte reverse(byte data)24: 25: array.reverse(data);26:returndata;27: 28: 4. 事务标识和

7、缓冲处理4.1 transaction identifier上面 2.2 节中提到， client 每发送一个 request 数据包的时候，需要带上一个标识；当 server 响应该请求的时候，会把该标识复制到 response 中，返回给 client 。这样 client 就可以用来判断数据包有没有发串。在程序中，可以可以用一个变量及记录该标识：1:privatebyte dataindex = 0;2:3: protected byte currentdataindex4: 5:get returnthis.dataindex; 6: 7:8: protected byte nextd

8、ataindex()9: 10:return+ this.dataindex;11: 每次 client 发送数据的时候，调用 nextdataindex() 来取得事务标识；接着当 client 读取 server 的返回值的时候， 需要判断数据包中的数据标识是否与发送时的标志一致；如果一致，则认为数据包有效；否则丢掉无效的数据包。;.,.4.2缓冲处理上节中提到，如果 client 接收到的响应数据包中的标识，与发送给 server 的数据标识不一致， 则认为 server 返回的数据包无效， 并丢弃该数据包。如果只考虑正常情况，即数据木有差错， client 每次发送请求后，其请求包里面

9、包含需要读取的寄存器数量，能算出从 server 返回的数据两大小，这样 就能确定读完 server 返回的所有缓冲区中的数据；每次交互后， socket 缓冲区中都为空，则整个过程没有问题。但是问题是：如果 server 端出 错，或者数据串包等异常情况下， client 不能确定 server 返回的数据包 ( 占用的缓冲区 )有多大；如果缓冲区中的数据没有读完，下次再从缓冲区中接 着读的时候，数据包必然是不正确的，而且会错误会一直延续到后续的读取操作中。因此，每次读取数据时，要么全部读完缓冲区中的数据，要么读到错误的时候，就必须清楚缓冲区中剩余的数据。网上搜了半天，木有找到 window

10、s 下如何清 理 socket 缓冲区的。有篇文章倒是提到一个狠招，每次读完数据后，直接把 socket 给咔嚓掉；然后下次需要读取或发送数据的时候，再重新建立socket 连接。回过头再来看，其实，在 client 与 server 进行交互的过程中， server 每次返回的数据量都不大，也就一个 mbap header + 几十个寄存器的值。因此，另一个处理方式， 就是每次读取尽可能多的数据 ( 多过缓冲区中的数据量 ) ，多读的内容，再忽略掉。暂时这么处理，期待有更好的解决方法。5. 源代码5.1类图结构：;.,.5.2使用示例(1) 写入数据：1:this .wrapper.send

11、(encoding.ascii.getbytes(this .tbxsendtext.text.trim();2:3:public overridevoid send( byte data)4: ;.,.5: /0: 填充 0，清掉剩余的寄存器6:if(data.length 60)7: 8: var input = data;9:data =new byte60;10: array.copy(input, data, input.length);11: 12: this .connect();13:list values =new list(255);14:15: /1.write head

12、er：modbus application protocol header16:values.addrange(valuehelper.instance.getbytes(this .nextdataindex();/12.(transactionidentifier)17:values.addrange(new byte 0, 0 );/34:protocol identifier,0 = modbus protocol18:values.addrange(valuehelper.instance.getbytes(byte )(data.length + 7);/56: 后续的byte数量

13、19:values.add(0);/7:unit identifier:this field is used for intra-system routing purpose.20:values.add(byte )functioncode.write);/8.function code : 16 (write multiple register)21:values.addrange(valuehelper.instance.getbytes(startingaddress);/910.起始地址22:values.addrange(valuehelper.instance.getbytes(s

14、hort )(data.length / 2);/1112. 寄存器数量23:values.add(byte )data.length);/13. 数据的 byte 数量24:25:/2.增加数据26:values.addrange(data);/14end:需要发送的数据27:28:/3.写数据29: this .socketwrapper.write(values.toarray();30:31: /4. 防止连续读写引起前台 ui 线程阻塞32: application.doevents();33:34: /5. 读取 response: 写完后会返回 12 个 byte 的结果35:b

15、yte responseheader =this.socketwrapper.read(12);36: (2) 读取数据：1:this .tbxreceivetext.text = encoding.ascii.getstring(this .wrapper.receive();2:3:publicoverridebyte receive()4: 5:this.connect();6:list senddata =new list(255);7:;.,.8:/1.send9:senddata.addrange(valuehelper.instance.getbytes(this .nextda

16、taindex();/12.(transactionidentifier)10:senddata.addrange(new byte 0, 0 );/34:protocol identifier,0 = modbusprotocol11:senddata.addrange(valuehelper.instance.getbytes(short)6);/56: 后续的 byte数量（针对读请求，后续为6 个 byte）12:senddata.add(0);/7:unit identifier:this field is used for intra-system routingpurpose.1

17、3:senddata.add(byte )functioncode.read);/8.function code : 3 (read multipleregister)14:senddata.addrange(valuehelper.instance.getbytes(startingaddress);/910. 起始地址15:senddata.addrange(valuehelper.instance.getbytes(short)30);/1112. 需要读取的寄存器数量16:this.socketwrapper.write(senddata.toarray();/ 发送读请求17:18:

18、/2.防止连续读写引起前台ui 线程阻塞19: application.doevents();20:21:/3.读取 response header :完后会返回 8个 byte 的 response header22:byte receivedata =this.socketwrapper.read(256);/ 缓冲区中的数据总量不超过256byte，一次读 256byte，防止残余数据影响下次读取23:shortidentifier = (short)( short )receivedata0) 8) + receivedata1);24:25:/4.读取返回数据：根据 responseheader ，读取后续的数据26:if (identifier !=this .currentdataindex)/ 请求的数据标识与返回的标识不一致，则丢掉数据包27: 28:returnnew byte0;29: 30:byte length = receivedata8;/ 最后一个字节，记录寄存器中数据的byte 数31:byte result =new byte length;32: array.co