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 protocol hea

2、der) 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）精品. 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response中；这样客户端就可以进行容

3、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 判断大小端精品. 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*)，最后再取该指针的值；若得到的byte值为1，则为li

4、ttle-endian，否则为big-endian。 1: unsafe 2: 3: int tester = 1; 4: bool littleendian = (*(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（以int为例）： 1: public class valuehelper /

5、big-endian可以直接转换 2: 3: public virtual byte getbytes(int value) 4: 5: return bitconverter.getbytes(value); 6: 7: public virtual int getint(byte data) 8: 9: return bitconverter.toint32(data, 0); 10: 11: 12: 13: internal class littleendianvaluehelper : valuehelper /little-endian，转换时需要做翻转处理。精品. 14: 15:

6、public override byte getbytes(int value) 16: 17: return this.reverse(bitconverter.getbytes(value); 18: 19: public virtual int getint(byte data) 20: 21: return bitconverter.toint32(this.reverse(data), 0); 22: 23: private byte reverse(byte data) 24: 25: array.reverse(data); 26: return data; 27: 28: 4.

7、 事务标识和缓冲处理 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: private byte dataindex = 0; 2: 3: protected byte currentdataindex 4: 5: get return this.dataindex; 6: 7: 8: protected byte n

8、extdataindex() 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 缓冲处理精品. 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，其请求包里面包含需要读取的寄存

9、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windows下如何清 理socket缓冲区的。有篇文章倒是

10、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：精品.5.2 使用示例(1) 写入数据： 1: this.wrapper.send(encoding.ascii.getbytes(this.tbxsend

11、text.text.trim(); 2: 3: public override void send(byte data) 4: 5: /0:填充0，清掉剩余的寄存器精品. 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 header：modbus application pr

12、otocol header 16: values.addrange(valuehelper.instance.getbytes(this.nextdataindex();/12.(transaction identifier) 17: values.addrange(new byte 0, 0 );/34:protocol identifier,0 = modbus protocol 18: values.addrange(valuehelper.instance.getbytes(byte)(data.length + 7);/56:后续的byte数量 19: values.add(0);/

13、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(short)(data.le

14、ngth / 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: byte respons

15、eheader = this.socketwrapper.read(12); 36: (2) 读取数据： 1: this.tbxreceivetext.text = encoding.ascii.getstring(this.wrapper.receive(); 2: 3: public override byte receive() 4: 5: this.connect(); 6: list senddata = new list(255); 7: 8: /1.send 9: senddata.addrange(valuehelper.instance.getbytes(this.nextd

16、ataindex();/12.(transaction identifier) 10: senddata.addrange(new byte 0, 0 );/34:protocol identifier,0 = modbus protocol精品. 11: 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 routing

17、purpose. 13: senddata.add(byte)functioncode.read);/8.function code : 3 (read multiple register) 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(

18、); /发送读请求 17: 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 header 22: 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: short identifier = (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: return new 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 bytelength; 32: array.copy(receive