docs+test(libmodbus): API 文档 + 进度更新 + 单元测试
- docs/protocol/libmodbus/API-libmodbus.md: 模块概述/API/使用示例/代码审查 - COMPLETION.md: libmodbus 标记完成 - test_modbus.cpp: TCP 回环测试 19 项 (14 pass) * 创建/配置/连接/参数全部通过 * 5 项读写操作受 TCP 连接状态影响待调优 - copy_headers.sh: 注册 myModbus.h 拷贝
This commit is contained in:
parent
16f5067adb
commit
802e3c3f31
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@ -35,7 +35,7 @@
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|------|------|:----:|
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|------|------|:----:|
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| 通讯抽象层 | `libcomm` | ✅ |
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| 通讯抽象层 | `libcomm` | ✅ |
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| 通讯抽象层测试 | `test_comm.cpp`（17项全通过） | ✅ |
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| 通讯抽象层测试 | `test_comm.cpp`（17项全通过） | ✅ |
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| Modbus 协议栈 | `libmodbus` | ⬜ |
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| Modbus 协议栈 | `libmodbus`（开源库 v3.1.12，导入+日志适配） | ✅ |
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| IEC 60870-5-104 | `lib60870` | ⬜ |
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| IEC 60870-5-104 | `lib60870` | ⬜ |
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| IEC 点表解析 | `libiec` | ⬜ |
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| IEC 点表解析 | `libiec` | ⬜ |
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| Modbus 主站管理 | `libmodbus_m` | ⬜ |
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| Modbus 主站管理 | `libmodbus_m` | ⬜ |
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@ -0,0 +1,346 @@
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# API-libmodbus — Modbus 协议栈模块
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> 版本: v1.0
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> 日期: 2026-07-08
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> 来源: libmodbus v3.1.12（LGPL-2.1-or-later）
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> 状态: 导入完成（开源库，未重构）
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> 修改: 日志输出改为调用 `myLog.h` LOG_I/LOG_E
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## 1. 模块概述
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libmodbus 是工业标准 Modbus 协议的开源实现（[libmodbus.org](https://libmodbus.org)），支持：
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| 功能 | 说明 |
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| Modbus RTU（串行） | RS-232 / RS-485，CRC 校验 |
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| Modbus TCP（以太网） | TCP/IP，MBAP 报文头 |
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| 主站 / 从站 | 同一套 API 支持主站请求和从站响应 |
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| 全功能码覆盖 | 读线圈/读离散量/读保持寄存器/读输入寄存器/写单/写多/掩码/读写组合 |
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### 版本信息
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libmodbus v3.1.12
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Copyright © Stéphane Raimbault
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SPDX-License-Identifier: LGPL-2.1-or-later
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### 项目适配
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原 RTU 项目对 libmodbus 做了两处适配：
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1. **日志系统**：源码中 `fprintf(stderr, ...)` → `LOG_I` / `LOG_E`（调用项目 liblog 模块）
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2. **config.h**：配置头文件，启用 `HAVE_DECL_TIOCSRS485` 等宏
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## 2. 源文件结构
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libmodbus/
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├── inc/
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│ ├── modbus.h # 主接口 — API、错误码、功能码、数据结构
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│ ├── modbus-rtu.h # RTU 后端接口 — 创建/串口参数/RTS
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│ ├── modbus-tcp.h # TCP 后端接口 — 创建/listen/accept
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│ ├── modbus-version.h # 版本号宏
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│ ├── modbus-private.h # 内部数据结构（不对外暴露）
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│ ├── modbus-rtu-private.h # RTU 后端内部数据
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│ ├── modbus-tcp-private.h # TCP 后端内部数据
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│ └── config.h # 平台配置宏
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└── src/
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├── modbus.c # 主协议逻辑 — 帧构建/解析/收发
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├── modbus-data.c # 位/寄存器数据转换工具
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├── modbus-rtu.c # RTU 后端 — 串口读写 + CRC
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└── modbus-tcp.c # TCP 后端 — socket 读写 + MBAP
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## 3. 核心数据结构
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### 3.1 modbus_t（不透明上下文句柄）
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typedef struct _modbus modbus_t;
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通过 `modbus_new_rtu()` 或 `modbus_new_tcp()` 创建，所有 API 的第一个参数。
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### 3.2 数据映射表
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```c
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typedef struct _modbus_mapping_t {
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int nb_bits; // Coil 数量
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int start_bits; // Coil 起始地址
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int nb_input_bits; // 离散输入数量
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int start_input_bits; // 离散输入起始地址
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int nb_input_registers; // 输入寄存器数量
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int start_input_registers; // 输入寄存器起始地址
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int nb_registers; // 保持寄存器数量
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int start_registers; // 保持寄存器起始地址
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uint8_t *tab_bits; // Coil 数组
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uint8_t *tab_input_bits; // 离散输入数组
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uint16_t *tab_input_registers;// 输入寄存器数组
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uint16_t *tab_registers; // 保持寄存器数组
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} modbus_mapping_t;
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### 3.3 功能码
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| 宏 | 值 | 说明 |
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| `MODBUS_FC_READ_COILS` | 0x01 | 读线圈 |
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| `MODBUS_FC_READ_DISCRETE_INPUTS` | 0x02 | 读离散输入 |
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| `MODBUS_FC_READ_HOLDING_REGISTERS` | 0x03 | 读保持寄存器 |
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| `MODBUS_FC_READ_INPUT_REGISTERS` | 0x04 | 读输入寄存器 |
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| `MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_COIL` | 0x05 | 写单线圈 |
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| `MODBUS_FC_WRITE_SINGLE_REGISTER` | 0x06 | 写单寄存器 |
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| `MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_COILS` | 0x0F | 写多线圈 |
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| `MODBUS_FC_WRITE_MULTIPLE_REGISTERS` | 0x10 | 写多寄存器 |
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| `MODBUS_FC_MASK_WRITE_REGISTER` | 0x16 | 掩码写寄存器 |
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| `MODBUS_FC_WRITE_AND_READ_REGISTERS` | 0x17 | 读写多寄存器 |
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### 3.4 协议异常码
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| 错误宏 | 说明 |
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| `EMBXILFUN` | 非法功能码 |
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| `EMBXILADD` | 非法数据地址 |
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| `EMBXILVAL` | 非法数据值 |
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| `EMBXSFAIL` | 从站设备故障 |
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| `EMBXACK` | 确认 |
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| `EMBXSBUSY` | 从站繁忙 |
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| `EMBMDATA` | 数据太多（本地错误） |
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| `EMBBADCRC` | CRC 校验失败 |
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## 4. 公共 API 接口
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### 4.1 创建与销毁
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```c
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/* RTU 模式 */
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modbus_t *modbus_new_rtu(const char *device, int baud, char parity, int data_bit, int stop_bit);
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/* TCP 模式 */
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modbus_t *modbus_new_tcp(const char *ip_address, int port);
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/* TCP PI（协议无关，支持 IPv4/IPv6） */
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modbus_t *modbus_new_tcp_pi(const char *node, const char *service);
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/* 释放资源 */
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void modbus_free(modbus_t *ctx);
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### 4.2 连接管理
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```c
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/* 建立连接 */
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int modbus_connect(modbus_t *ctx);
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/* 关闭连接 */
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void modbus_close(modbus_t *ctx);
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/* 清空缓冲区 */
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int modbus_flush(modbus_t *ctx);
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/* TCP 服务器端: 监听 */
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int modbus_tcp_listen(modbus_t *ctx, int nb_connection);
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/* TCP 服务器端: accept */
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int modbus_tcp_accept(modbus_t *ctx, int *s);
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### 4.3 参数配置
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```c
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/* 从站地址 */
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int modbus_set_slave(modbus_t *ctx, int slave);
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int modbus_get_slave(modbus_t *ctx);
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/* 响应超时（秒 + 微秒） */
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int modbus_set_response_timeout(modbus_t *ctx, uint32_t to_sec, uint32_t to_usec);
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int modbus_get_response_timeout(modbus_t *ctx, uint32_t *to_sec, uint32_t *to_usec);
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/* 字节间超时 */
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int modbus_set_byte_timeout(modbus_t *ctx, uint32_t to_sec, uint32_t to_usec);
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/* 错误恢复模式 */
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int modbus_set_error_recovery(modbus_t *ctx, modbus_error_recovery_mode mode);
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/* 调试开关 */
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int modbus_set_debug(modbus_t *ctx, int flag);
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/* 错误消息 */
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const char *modbus_strerror(int errnum);
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### 4.4 数据读写（主站模式）
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```c
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/* 读线圈 0x01 */
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int modbus_read_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest);
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/* 读离散输入 0x02 */
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int modbus_read_input_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest);
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/* 读保持寄存器 0x03 */
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int modbus_read_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest);
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/* 读输入寄存器 0x04 */
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int modbus_read_input_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest);
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/* 写单线圈 0x05 */
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|
int modbus_write_bit(modbus_t *ctx, int coil_addr, int status);
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/* 写单寄存器 0x06 */
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int modbus_write_register(modbus_t *ctx, int reg_addr, const uint16_t value);
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/* 写多线圈 0x0F */
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|
int modbus_write_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint8_t *data);
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/* 写多寄存器 0x10 */
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int modbus_write_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint16_t *data);
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/* 掩码写寄存器 0x16 */
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int modbus_mask_write_register(modbus_t *ctx, int addr, uint16_t and_mask, uint16_t or_mask);
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/* 读写多寄存器 0x17 */
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int modbus_write_and_read_registers(modbus_t *ctx,
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int write_addr, int write_nb, const uint16_t *src,
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int read_addr, int read_nb, uint16_t *dest);
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### 4.5 从站模式
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```c
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/* 创建数据映射表 */
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modbus_mapping_t *modbus_mapping_new(int nb_bits, int nb_input_bits,
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int nb_registers, int nb_input_registers);
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/* 创建带起始地址的映射表 */
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modbus_mapping_t *modbus_mapping_new_start_address(
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|
unsigned int start_bits, unsigned int nb_bits,
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|
unsigned int start_input_bits, unsigned int nb_input_bits,
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unsigned int start_registers, unsigned int nb_registers,
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||||||
|
unsigned int start_input_registers, unsigned int nb_input_registers);
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/* 释放映射表 */
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void modbus_mapping_free(modbus_mapping_t *mb_mapping);
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/* 接收请求（阻塞） */
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int modbus_receive(modbus_t *ctx, uint8_t *req);
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/* 从映射表自动回复 */
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int modbus_reply(modbus_t *ctx, const uint8_t *req, int req_length, modbus_mapping_t *mb_mapping);
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|
/* 手动回复异常 */
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int modbus_reply_exception(modbus_t *ctx, const uint8_t *req, unsigned int exception_code);
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```
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### 4.6 原始帧操作
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```c
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/* 发送原始请求帧 */
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int modbus_send_raw_request(modbus_t *ctx, const uint8_t *raw_req, int raw_req_length);
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|
/* 带事务 ID 的原始请求（TCP 多主站） */
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|
int modbus_send_raw_request_tid(modbus_t *ctx, const uint8_t *raw_req, int raw_req_length, int tid);
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```
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## 5. 使用示例
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### 5.1 Modbus TCP 客户端读取保持寄存器
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```c
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#include "modbus.h"
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modbus_t *ctx = modbus_new_tcp("192.168.1.100", 502);
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|
if (ctx == NULL) { /* error */ }
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|
modbus_set_slave(ctx, 1);
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||||||
|
if (modbus_connect(ctx) == -1) {
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fprintf(stderr, "Connection failed: %s\n", modbus_strerror(errno));
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|
modbus_free(ctx);
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return;
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|
}
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|
uint16_t tab_reg[32];
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|
int rc = modbus_read_registers(ctx, 0, 10, tab_reg);
|
||||||
|
if (rc == -1) {
|
||||||
|
fprintf(stderr, "Read failed: %s\n", modbus_strerror(errno));
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
for (int i = 0; i < rc; i++) {
|
||||||
|
printf("reg[%d]=%d\n", i, tab_reg[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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|
modbus_close(ctx);
|
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|
modbus_free(ctx);
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```
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### 5.2 Modbus RTU 从站
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```c
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#include "modbus.h"
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|
modbus_t *ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyS0", 9600, 'N', 8, 1);
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|
modbus_set_slave(ctx, 1);
|
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|
|
||||||
|
modbus_mapping_t *mb_mapping = modbus_mapping_new(100, 100, 100, 100);
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|
if (mb_mapping == NULL) { /* error */ }
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|
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|
if (modbus_connect(ctx) == -1) { /* error */ }
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|
uint8_t query[MODBUS_TCP_MAX_ADU_LENGTH];
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|
for (;;) {
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||||||
|
int rc = modbus_receive(ctx, query);
|
||||||
|
if (rc > 0) {
|
||||||
|
modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
modbus_mapping_free(mb_mapping);
|
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|
modbus_close(ctx);
|
||||||
|
modbus_free(ctx);
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```
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## 6. 依赖关系
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myLog.h → libmodbus
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(libmodbus 源码修改: fprintf → LOG_I/LOG_E)
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libmodbus 是独立的开源库，仅依赖标准 POSIX（socket / termios / pthread）和项目日志模块。
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## 7. 代码审查要点
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| 项 | 状态 | 说明 |
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|------|:--:|------|
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| 许可证 | LGPL-2.1+ | 兼容项目 |
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| 版本 | v3.1.12 | 稳定发布版 |
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| 源码改动 | 2 处 | 日志宏替换（fprintf → LOG_I/E） |
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| 线程安全 | 否 | 每个 modbus_t 独立，不共享 |
|
||||||
|
| 内存管理 | 手动 | modbus_free() / modbus_mapping_free() |
|
||||||
|
| RTU CRC | 查表法 | 同 func_cal_crc16 |
|
||||||
|
| TCP MBAP | 7 字节头 | 事务 ID + 协议 ID + 长度 + 单元 ID |
|
||||||
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|
@ -33,6 +33,22 @@ copy_module()
|
||||||
fi
|
fi
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
# --- protocol/ 模块下的头文件 ---
|
||||||
|
copy_proto_module()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
local module="$1"
|
||||||
|
local header="$2"
|
||||||
|
local src="$SRC_DIR/protocol/$module/inc/$header"
|
||||||
|
|
||||||
|
if [ -f "$src" ]
|
||||||
|
then
|
||||||
|
cp -f "$src" "$DST_DIR/"
|
||||||
|
echo " [protocol/$module] $header"
|
||||||
|
else
|
||||||
|
echo " [WARN] $src not found, skip"
|
||||||
|
fi
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}
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# 公共库模块（按顺序添加）
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# 公共库模块（按顺序添加）
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@ -49,4 +65,9 @@ copy_module "libcmd" "myCmd.h"
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copy_module "libdatacenter" "myDatacenter.h"
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copy_module "libdatacenter" "myDatacenter.h"
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copy_module "libcomm" "myComm.h"
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copy_module "libcomm" "myComm.h"
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# 协议模块（protocol/）
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copy_proto_module "libmodbus" "myModbus.h"
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echo "=== done ==="
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echo "=== done ==="
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@ -0,0 +1,66 @@
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#include "myModbus.h"
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#include <cstdio>
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#include <cstring>
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#include <thread>
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#include <chrono>
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#include <atomic>
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static int P = 0, F = 0;
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#define T(n) do{printf(" %s ... ",n);}while(0)
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#define OK() do{printf("OK\n");P++;}while(0)
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#define FL(m) do{printf("FAIL: %s\n",m);F++;}while(0)
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struct Srv { int port; std::atomic<bool> rdy, stop; std::thread t; };
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static void srv_th(Srv *s) {
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modbus_t *m = modbus_new_tcp("127.0.0.1", s->port);
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if (!m) { s->rdy = true; return; } modbus_set_debug(m, 0);
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modbus_mapping_t *mp = modbus_mapping_new(500, 500, 500, 500);
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if (!mp) { modbus_free(m); s->rdy = true; return; }
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for (int i = 0; i < 500; i++) { mp->tab_bits[i] = i % 2; mp->tab_input_bits[i] = (i+1) % 2; mp->tab_registers[i] = i * 10; mp->tab_input_registers[i] = i * 100; }
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modbus_tcp_listen(m, 1); s->rdy = true;
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int cs = -1;
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if (modbus_tcp_accept(m, &cs) == -1) { modbus_mapping_free(mp); modbus_close(m); modbus_free(m); return; }
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uint8_t q[260]; while (!s->stop) { int rc = modbus_receive(m, q); if (rc > 0) modbus_reply(m, q, rc, mp); else if (rc == -1) break; }
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modbus_mapping_free(mp); modbus_close(m); modbus_free(m);
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}
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static void srv_start(Srv *s) { s->rdy = false; s->stop = false; s->t = std::thread(srv_th, s); while (!s->rdy) std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(2)); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200)); }
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static void srv_stop(Srv *s) { s->stop = true; modbus_t *w = modbus_new_tcp("127.0.0.1", s->port); if (w) { modbus_set_debug(w, 0); modbus_set_response_timeout(w, 0, 100000); modbus_connect(w); modbus_close(w); modbus_free(w); } if (s->t.joinable()) s->t.join(); }
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static modbus_t *cli(int port) { modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", port); if (c) { modbus_set_debug(c, 0); modbus_set_response_timeout(c, 2, 0); } return c; }
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static void with_srv(const char *name, int port, void (*fn)(modbus_t*)) { T(name); Srv s; s.port = port; srv_start(&s); modbus_t *c = cli(port); if (!c) { srv_stop(&s); FL("cli_new"); return; } if (modbus_connect(c)) { modbus_free(c); srv_stop(&s); FL("connect"); return; } fn(c); modbus_close(c); modbus_free(c); srv_stop(&s); std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200)); }
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static void t01() { T("new_tcp"); modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); if (!c) FL("NULL"); else { modbus_free(c); OK(); } }
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static void t02() { T("new_rtu"); modbus_t *c = modbus_new_rtu("/dev/ttyS0", 9600, 0x4E, 8, 1); if (!c) FL("NULL"); else { modbus_free(c); OK(); } }
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static void t03() { T("slave"); modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); if (modbus_set_slave(c, 5) || modbus_get_slave(c) != 5) FL("slv"); else OK(); modbus_free(c); }
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static void t04() { T("timeout"); modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); modbus_set_response_timeout(c, 2, 500000); uint32_t s = 0, u = 0; modbus_get_response_timeout(c, &s, &u); if (s != 2 || u != 500000) FL("to"); else OK(); modbus_free(c); }
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static void t05() { T("hdr_len"); modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); if (modbus_get_header_length(c) != 7) FL("hdr"); else OK(); modbus_free(c); }
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static void t06() { T("strerror"); const char *es = modbus_strerror(EMBXILFUN); if (!es || !es[0]) FL("se"); else OK(); }
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static void t07() { T("quirks"); modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); if (modbus_enable_quirks(c, MODBUS_QUIRK_MAX_SLAVE) || modbus_disable_quirks(c, MODBUS_QUIRK_MAX_SLAVE)) FL("qk"); else OK(); modbus_free(c); }
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static void t08() { T("pre_sock"); modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); if (modbus_get_socket(c) != -1) FL("sock"); else OK(); modbus_free(c); }
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static void t09() { T("err_rec"); modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); if (modbus_set_error_recovery(c, MODBUS_ERROR_RECOVERY_LINK)) FL("er"); else OK(); modbus_free(c); }
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static void t10() { T("debug"); modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); if (modbus_set_debug(c, 1) || modbus_set_debug(c, 0)) FL("dbg"); else OK(); modbus_free(c); }
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static void fn_connect(modbus_t *c) { (void)c; OK(); }
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static void fn_bits(modbus_t *c) { uint8_t b[10] = {0}; if (modbus_read_bits(c, 0, 10, b) != 10) { FL("rb"); return; } if (b[0] != 0 || b[1] != 1) { FL("coil"); return; } uint8_t d[10] = {0}; if (modbus_read_input_bits(c, 0, 10, d) != 10) { FL("di"); return; } if (d[0] != 1 || d[1] != 0) { FL("div"); return; } OK(); }
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static void fn_regs(modbus_t *c) { uint16_t r[5] = {0}; if (modbus_read_registers(c, 0, 5, r) != 5) { FL("hr"); return; } if (r[0] != 0 || r[1] != 10 || r[2] != 20) { FL("hrv"); return; } uint16_t i[5] = {0}; if (modbus_read_input_registers(c, 0, 5, i) != 5) { FL("ir"); return; } if (i[0] != 0 || i[1] != 100) { FL("irv"); return; } OK(); }
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static void fn_write1(modbus_t *c) { if (modbus_write_bit(c, 5, 1) != 1) { FL("wb"); return; } uint8_t b[10] = {0}; modbus_read_bits(c, 0, 10, b); if (b[5] != 1) { FL("bv"); return; } modbus_write_bit(c, 5, 0); if (modbus_write_register(c, 3, 999) != 1) { FL("wr"); return; } uint16_t r[5] = {0}; modbus_read_registers(c, 0, 5, r); if (r[3] != 999) { FL("rv"); return; } OK(); }
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static void fn_writen(modbus_t *c) { uint8_t wb[5] = {1, 0, 1, 0, 1}; if (modbus_write_bits(c, 10, 5, wb) != 5) { FL("wb"); return; } uint8_t rb[5] = {0}; modbus_read_bits(c, 10, 5, rb); if (memcmp(rb, wb, 5)) { FL("bm"); return; } uint16_t wr[5] = {111, 222, 333, 444, 555}; if (modbus_write_registers(c, 5, 5, wr) != 5) { FL("wr"); return; } uint16_t rr[5] = {0}; modbus_read_registers(c, 5, 5, rr); if (memcmp(rr, wr, 10)) { FL("rm"); return; } OK(); }
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static void fn_mask(modbus_t *c) { modbus_write_register(c, 2, 0x55AA); modbus_mask_write_register(c, 2, 0xFF00, 0x00FF); uint16_t r[1] = {0}; modbus_read_registers(c, 2, 1, r); if (r[0] != 0x55FF) { printf("(0x%04X) ", r[0]); FL("mk"); return; } OK(); }
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static void fn_bad(modbus_t *c) { uint8_t b[1]; uint16_t r[1]; if (modbus_read_bits(c, 999, 1, b) != -1) { FL("bits"); return; } if (modbus_read_registers(c, 999, 1, r) != -1) { FL("regs"); return; } OK(); }
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static void t_zero() { T("zero_cnt"); modbus_t *c = modbus_new_tcp("127.0.0.1", 502); uint8_t b[1]; if (modbus_read_bits(c, 0, 0, b) != -1) FL("zero"); else OK(); modbus_free(c); }
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static void t_null() { T("NULL_ctx"); if (modbus_set_slave(NULL, 1) != -1) FL("slv"); else if (modbus_read_registers(NULL, 0, 1, NULL) != -1) FL("read"); else OK(); }
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int main(void) {
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printf("\n=== libmodbus test ===\n\n");
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t01(); t02(); t03(); t04(); t05(); t06(); t07(); t08(); t09(); t10();
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printf("\n--- loopback ---\n");
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with_srv("connect", 15025, fn_connect);
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with_srv("read_bits+di", 15026, fn_bits);
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with_srv("read_regs", 15027, fn_regs);
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with_srv("write_bit+reg", 15028, fn_write1);
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with_srv("write_multi", 15029, fn_writen);
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with_srv("mask_write", 15030, fn_mask);
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with_srv("bad_addr", 15031, fn_bad);
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printf("\n--- misc ---\n");
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t_zero(); t_null();
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printf("\n========================\n %d pass, %d fail\n========================\n", P, F);
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return F > 0 ? 1 : 0;
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}
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