【EVB-335X-II】C/S架构软件开发

feixiang20

【EVB-335X-II】之基于libmodbus库的Modbus-RTU从站的C/S架构软件开发（QT多线程监听服务）

介绍了如何在将libmodbus TCP库应用在EVB-335X-II开发板上，实现了以树莓派3B为主机，EVB-335X-II为从机，由EVB-335X-II开发板为树莓派提供服务的例程。
在一些工业应用中，有些场合是不适合使用以太网的，多数是采用RS485电气接口，结合Modbus RTU通讯协议实现对底层数据采集器的联网。这篇试用报告我们将介绍如何在EVB-335X-II开发板上应用libmodbus库的RTU功能模块，实现EVB-335X-II开发板作为服务提供端，为上层应用提供底层采集到的数据。
相对于上一篇使用报告，由于我们没有采用多线程技术，在EVB-335X-II开发板上启动RTU服务后，整个GUI处于for循环中，无法接收用户的其他操作，服务次数也无法动态显示，只有在Modbus主机结束连接后，才显示出EVB-335X-II到底服务了几次。为了解决上述存在的问题，这篇报告中，我们设计一个多线程类，由该类去承载Modbus RTU服务，使得服务监听与主界面GUI并行执行，达到动态显示服务次数的目的。
1. 硬件搭建
由于树莓派3B的本身特点，蓝牙模块与串口的冲突，这次实验我采用友善之臂的NanoPi M2作为Modbus RTU主机，硬件连接原理如图所示：



树莓派UART3对应的驱动未/dev/ttyAMA2。在EVB-335X-II端，由于串口0用于调试作用，串口2-4即可用于TTL，也可用于RS232，而串口1只支持RS232，为了调试方便，我这里就直接选用串口1，串口1的驱动为：/dev/ttyO1
硬件连接如图所示：
NanoPi M2侧：



EVB-335X-II侧：



2. EVB-335X-II侧libmodbus rtu服务功能程序
1）服务代码
我们只需要将上一篇试用报告中的TCP换成RTU，并设置串口的驱动程序、波特率、数据位、停止位和奇偶校验位，以及设置RS232还是RS485模式。
代码如下：
int s = -1;
   modbus_t *ctx;
   modbus_mapping_t *mb_mapping;
   int rc;
   int i;
   int use_backend;
   uint8_t *query;
   int header_length;
   int service_count = 0;
    use_backend = RTU;
   if (use_backend == TCP) {
       ctx = modbus_new_tcp("192.168.1.104", 1502);
       query = (uint8_t *)malloc(MODBUS_TCP_MAX_ADU_LENGTH);
    }else if (use_backend == TCP_PI) {
       ctx = modbus_new_tcp_pi("::0", "1502");
       query = (uint8_t *)malloc(MODBUS_TCP_MAX_ADU_LENGTH);
    }else {
       ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyO1",9600, 'N', 8, 1);
        modbus_set_slave(ctx,SERVER_ID);
       modbus_rtu_set_serial_mode(ctx,MODBUS_RTU_RS232);
        query = (uint8_t*)malloc(MODBUS_RTU_MAX_ADU_LENGTH);
    }
    header_length= modbus_get_header_length(ctx);
   modbus_set_debug(ctx, TRUE);
   mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(
       UT_BITS_ADDRESS, UT_BITS_NB,
       UT_INPUT_BITS_ADDRESS, UT_INPUT_BITS_NB,
       UT_REGISTERS_ADDRESS, UT_REGISTERS_NB_MAX,
       UT_INPUT_REGISTERS_ADDRESS, UT_INPUT_REGISTERS_NB);
   if (mb_mapping == NULL) {
       fprintf(stderr, "Failed to allocate the mapping: %s\n",
                modbus_strerror(errno));
       modbus_free(ctx);
       return; //-1;
    }
   /* Examples from PI_MODBUS_300.pdf.
      Only the read-only input values are assigned. */
   /* Initialize input values that's can be only done server side. */
   modbus_set_bits_from_bytes(mb_mapping->tab_input_bits, 0,UT_INPUT_BITS_NB,
                              UT_INPUT_BITS_TAB);
   for (i=0; i < UT_REGISTERS_NB; i++) {
       mb_mapping->tab_registers = UT_REGISTERS_TAB;;
    }
   /* Initialize values of INPUT REGISTERS */
   for (i=0; i < UT_INPUT_REGISTERS_NB; i++) {
       mb_mapping->tab_input_registers = UT_INPUT_REGISTERS_TAB;
    }
   if (use_backend == TCP) {
       s = modbus_tcp_listen(ctx, 1);
       modbus_tcp_accept(ctx, &s);
    }else if (use_backend == TCP_PI) {
       s = modbus_tcp_pi_listen(ctx, 1);
       modbus_tcp_pi_accept(ctx, &s);
    }else {
       rc = modbus_connect(ctx);
       if (rc == -1) {
           fprintf(stderr, "Unable to connect %s\n", modbus_strerror(errno));
           modbus_free(ctx);
           return; //-1;
       }
    }
   for (;;) {
       do {
           rc = modbus_receive(ctx, query);
           /* Filtered queries return 0 */
       } while (rc == 0);
       /* The connection is not closed on errors which require on reply such as
          bad CRC in RTU. */
       if (rc == -1 && errno != EMBBADCRC) {
           /* Quit */
           break;
       }
       /* Special server behavior to test client */
       if (query[header_length] == 0x03) {
           /* Read holding registers */
           if (MODBUS_GET_INT16_FROM_INT8(query, header_length + 3)
                == UT_REGISTERS_NB_SPECIAL) {
                printf("Set an incorrectnumber of values\n");
                MODBUS_SET_INT16_TO_INT8(query,header_length + 3,
                                        UT_REGISTERS_NB_SPECIAL - 1);
           } else if (MODBUS_GET_INT16_FROM_INT8(query, header_length + 1)
                       == UT_REGISTERS_ADDRESS_SPECIAL){
                printf("Reply to thisspecial register address by an exception\n");
                modbus_reply_exception(ctx,query,
                                      MODBUS_EXCEPTION_SLAVE_OR_SERVER_BUSY);
                continue;
           } else if (MODBUS_GET_INT16_FROM_INT8(query, header_length + 1)
                       ==UT_REGISTERS_ADDRESS_INVALID_TID_OR_SLAVE) {
                const int RAW_REQ_LENGTH = 5;
                uint8_t raw_req[] = {
                    (use_backend == RTU) ? INVALID_SERVER_ID :0xFF,
                    0x03,
                    0x02, 0x00, 0x00
                };
                printf("Reply with aninvalid TID or slave\n");
                modbus_send_raw_request(ctx,raw_req, RAW_REQ_LENGTH * sizeof(uint8_t));
                continue;
           } else if (MODBUS_GET_INT16_FROM_INT8(query, header_length + 1)
                       ==UT_REGISTERS_ADDRESS_SLEEP_500_MS) {
                printf("Sleep 0.5 s beforereplying\n");
                usleep(500000);
           } else if (MODBUS_GET_INT16_FROM_INT8(query, header_length + 1)
                       ==UT_REGISTERS_ADDRESS_BYTE_SLEEP_5_MS) {
                /* Test low level onlyavailable in TCP mode */
                /* Catch the reply and sendreply byte a byte */
                uint8_t req[] ="\x00\x1C\x00\x00\x00\x05\xFF\x03\x02\x00\x00";
                int req_length = 11;
                int w_s =modbus_get_socket(ctx);
                if (w_s == -1) {
                   fprintf(stderr,"Unable to get a valid socket in special test\n");
                    continue;
                }
                /* Copy TID */
                req[1] = query[1];
                for (i=0; i < req_length;i++) {
                    printf("(%.2X)", req);
                    usleep(5000);
                    rc = send(w_s, (constchar*)(req + i), 1, MSG_NOSIGNAL);
                    if (rc == -1) {
                        break;
                    }
                }
               continue;
           }
       }
       service_count++;
       le->setText(QString::number(service_count));
       rc = modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
       if (rc == -1) {
           break;
       }
    }
   printf("Quit the loop: %s\n", modbus_strerror(errno));
   if (use_backend == TCP) {
       if (s != -1) {
           //close(s);
       }
    }
   modbus_mapping_free(mb_mapping);
   free(query);
   /* For RTU */
   modbus_close(ctx);
   modbus_free(ctx);
2）QT多线程
创建一个Mythread线程类，该类继承自QThread，在类定义文件中设计一个指向QLineEdit空间的指针，创建该类时，通过构造函数使QLineEdit指针指向QWidget界面中的实际创建的QLineEdit控件，使得在新创建的现场函数中能够动态调整系统的“服务次数”。
线程类的头文件：



线程的cpp文件，我们在构造函数中设置QLineEdit控件指针，在run函数中设置Modbus服务函数。
构造函数如下所示：



run函数的代码为我们上面贴的关键代码（完整代码见附件，完成的工程文件）
3）多线变量定义与启动
我们在GUI的主窗口类中定义线程变量，在构造函数中创建线程，在启动服务的按钮处理函数中启动线程。
主界面类定义：



构造函数与线程启动函数：



4）波特率
在测试过程中，当波特率设置为115200时，通讯无法连接，可能是我的连线较长，也可能是开发板的驱动还不够稳定，在测试注意将波特率设置为19200或9600,波特率低一些对实际应用影响不大，因为通常，工业应用中，通讯距离较远，9600是最常用的速度参数。
3. NanoPi M2侧Modbus主机的程序设计
Modbus上下文对象定义，以及通讯连接函数如图所示：



Modbus读寄存器函数：



Modbus写寄存器函数：



在读写函数中的，352为寄存器的起始地址，其16进制为0x160,对于与Modbus RTU服务程序unit-test.h文件中，如图所示：



4.上电测试
1）EVB-335X-II上电
给EVB-335X-II开发板上电，执行命令：
ifconfig eth0 192.168.1.112
mount -t nfs 192.168.1.109:/nfsshare /mnt-o nolock
cd /mnt
./libmodbustest_rtu
命令执行结果如图所示：



点击服务启动按钮，启动服务。
2）NanoPi M2上电
给NanoPi M2上电，编辑代码，设置串口驱动程序，及通讯参数：



执行命令设置ttyAMA2的权限：
chmod 777 /dev/ttyAMA2
编译Modbus主机程序，运行程序：



3）测试程序
在NanoPi M2上点击读取寄存器按钮，执行结果如图所示：



说明我们成功的读取了3个数据，数据内容如图所示：



连续再执行两次。然后我们点击将数据写入寄存器按钮，执行结果如图所示：



我们再次点击读取寄存器数据，结果如图所示：



说明，我们成功的修改了服务器端寄存器中保存的数据。
我们在看看服务器端记录的服务次数：



在操作的过程中，我们可以发现，服务次数编辑框中的数字是在动态变化的，说明我们的基于QT GUI的多线程设计也是成功的。
5. 小结
通过上述的程序设计，我们实现了基于libmodbus的RTU通讯主、从功能，并且较好的利用了QThread的多线程编程模型，使得Modbus RTU服务监听功能与QT主界面线程并行执行，改善了用户QT GUI界面的操作体验。

suibenmeng

都是对屏幕调试的~不错