C使用TCPIP与ModBus进行通讯

1、1/ 10C#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 header

2、)2.1 数据包格式MODBUS TCP/IP ADUMBAP Header Function codeData2/ 10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 Register2.2 MBAP headerFieldsLengthDescription -ClientServerTransaction identifier2 BytesIdentification of aMODBUS Req

3、uestfResponse transaction.Initialized by theclientRecopied by theserver from thereceived re-q jestProtocol Identifier2 BytesC = M ODBUS prctoGolInitialized Uy theclientRecopied by th#server from there-c&ivedre-qLieSrtLength2 BytesNumber of fallowing bytes Initialized by theclient ( request)Inilializ

4、ad &y tr eserver ( ResponsejUnit Identifier1 ByteIdentificat on of a remoteslave connected on aserial lure or on otherbuses.Initialized oy theclientRecopied by theserver from thereceived req ue&t- - - happyh ippy匚rblogs,匚oiri协议头具体包括下列4个字段： 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

5、标识；当Server响应该请求的时候，会把该标识复制到Resp onse中；这样客户端就可以进行容错判断，防止数据包发串了。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）。 Unit Identifier:-_-3/ 103.大小端转换6:4/ 10ModBus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 判断大小端高位地址幣数1在两种机器上的忑示方式0100-jAddress000000000001Li

6、tt1君一End伽Big-Endian低位地址*happy hippy cnblogs.匚uni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Little-Endian，否则为Big-Endian ，1:unsafe2: 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BitConver

7、ter.GetBytes(value)和BitConverter.ToXXOO(Byte data)来进行转换。下面的代码对该转换进行了圭寸 装，加入了Little-Endian转Big-Endian的处理(以int为例)：1:publicclass ValueHelper /Big-Endian可以直接转换2:3:public virtual Byte GetBytes(int value )4:5:return BitConverter.GetBytes(value );5/ 1024:25:Array.Reverse(data);26:return data;27:28: 4.事务标识和

8、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：1:2:3:4:5:6:7:8:private byte dataIndex = 0;protected byte CurrentDataIndexget return this .dataIndex; protected byte NextDataIndex()10:

9、return + this .dataIndex;11:7:publicvirtualint GetInt( byte data)8:9:return BitConverter.Tolnt32(data, 0);10:11:12:13:internalclassLittleEndianValueHelper : ValueHelper/Little-Endian14:15:publicoverride Byte GetBytes(int value )16:17:return this .Reverse(BitConverter.GetBytes(value );18:19:publicvir

10、tualint GetInt( byte data)20:21:return BitConverter.ToInt32(this .Reverse(data), 0);22:23:privateByte Reverse(Byte data)，转换时需要做翻转处理。6/ 10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

11、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

12、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

13、码5.1 类图结构：7/ 10Pro f.DCOLLEll二二TCFIFEr ialF optfJllFma.c ti oiaCdeEnwRead.Wri teIy#訂jvdwx属性.罗CurrntDat In -方法M Cratsins t*neeM Dispose”: * ffertll alalndex:SocketYrprwlistVConnectV4 L館MWrite-O性L违-1ID11-0 glilt&if ac=s方达VIFpdIFpd訓?*沪揺翩廿5.2 使用示例写入数据: odBtasTGnTVr ap-丸C11HJ(3c3ctKrafpi2r!-学段./ cruiicte

14、d* InstinctStart mgilddres-方法* ConnectVDi spase ReceiveVSend方这VCozmact 9ispast* ceiV Semi1:this .Wrapper.Send(Encoding.ASCII.GetBytes(this .tbxSendText.Text.Trim();2:3:public override void Send( byte data)4:8/ 105:0: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.Co

15、py(input, data, input.Length);11:12:this .Connect。；13:List values = new List(255);14:15:1.Write Header:MODBUS Application Protocol header16:values.AddRange(ValueHelper.lnstance.GetBytes(this .NextDatalndex();12.(TransactionIdentifier)17:values.AddRange( new Byte 0, 0 );34:Protocol Identifier,。= MODB

16、US protocol18:values.AddRange(ValueHelper.Instance.GetBytes(byte )(data.Length + 7);/56:后续的Byte数量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(ValueHelpe

17、r.Instance.GetBytes(StartingAddress);910.起始地址22:values.AddRange(ValueHelper.Instance.GetBytes(short )(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U

18、I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 responseHeader = this .socketWrapper.Read(12);36:(2)读取数据：1:this .tbxReceiveText.Text = Encoding .A SCII.GetString(this .Wrapper.Receive();9/ 102:3:public override byte Receive()4:5:this .Connect();6:List sendData = new List(25

19、5);7:10/ 108:1.Send9:sendData.AddRange(ValueHelper.lnstance.GetBytes(this .NextDatalndex();12.(TransactionIdentifier)10:sendData.AddRange(new Byte 0, 0 );34:Protocol Identifier,。= 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(

20、O);7:Unit Identifier:This field is used for intra-system routingpurpose.13: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17:18:2.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 Hea