前面我們已經(jīng)分析了Modbus RTU的更新設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)（如果不清楚可查看前一篇文章）。其實(shí)Modbus ASCII與Modbus RTU都是基于串行鏈路實(shí)現(xiàn)的，所以有很多的共同點(diǎn)，基于此，這篇文章我們只討論與Modbus RTU所不同的部分。

1 、更新設(shè)計(jì)

關(guān)于原來(lái)的協(xié)議棧在Modbus ASCII主站應(yīng)用時(shí)所存在的局限性與Modbus RTU也是一樣的，所以我們不分析它的不足，只討論更新設(shè)計(jì)。我們將主站及其所訪問(wèn)的從站定義為通用的對(duì)象，而當(dāng)我們?cè)诰唧w應(yīng)用中使用時(shí)，再將其特例化為特定的主站和從站對(duì)象。

首先我們來(lái)考慮主站，原則上我們規(guī)劃的每一個(gè)主站對(duì)象對(duì)應(yīng)我們?cè)O(shè)備上的一個(gè)端口，這里所說(shuō)端口就是指串口。那么在同一端口下，也就是在一個(gè)特定主站下，我們可以定義多個(gè)地址不同的從站。而在不同的端口上可以具有地址相同的從站。如下圖所示：

從上圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，我們的目的就是讓協(xié)議棧支持，多主站和多從站，并且在不同主站下，從站的地址重復(fù)不受影響。從上圖看視乎一個(gè)主站對(duì)象可以同時(shí)管理254個(gè)從站對(duì)象，事實(shí)上還要受到帶載能力的影響。

接下來(lái)我們還需要考慮從站對(duì)象。主站對(duì)從站的操作無(wú)非兩類：讀從站信息和寫從站信息。對(duì)于讀從站信息來(lái)說(shuō)，主站需要發(fā)送請(qǐng)求命令，等待從站返回響應(yīng)信息，然后主站解析收到的信息并更新對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。有兩點(diǎn)需要我們考慮，第一返回的響應(yīng)消息是沒(méi)有對(duì)應(yīng)的寄存器地址的，所以要想在解析的時(shí)候定位寄存器就必須知道發(fā)送的命令，為了便于分辨我們將命令存放在從站對(duì)象中。第二在解析響應(yīng)時(shí)，如果兩條命令的響應(yīng)類似是沒(méi)法分辨的，所以我們還需要記住上一條命令是什么。也存儲(chǔ)于從站對(duì)象中。

而對(duì)于寫從站操作，無(wú)論寫的要求來(lái)自于哪里，對(duì)于協(xié)議棧來(lái)說(shuō)肯定是其它的數(shù)據(jù)處理進(jìn)程發(fā)過(guò)來(lái)的，所接到要求后我們需要記錄是哪一個(gè)主站管理的哪一個(gè)從站的哪些參數(shù)。對(duì)于主站我們不需要分辨，因?yàn)槊總€(gè)主站都是獨(dú)立的處理進(jìn)程，但是對(duì)于從站和參數(shù)我們就需要分辨。每一個(gè)主站可以帶的站地址為0到255，但0和255已有定義，所以實(shí)際是1到254個(gè)。所以我們使用一個(gè)256位的變量，每位對(duì)應(yīng)站號(hào)來(lái)標(biāo)志其是否有需要寫的請(qǐng)求。記錄于主站，具體如下：

事實(shí)上，我們不可能會(huì)用到256個(gè)標(biāo)志位，因?yàn)镸odbus ASCII本身就是為簡(jiǎn)單應(yīng)用而設(shè)定的。我們使用256個(gè)標(biāo)志位，主要是考慮到站地址的取值范圍，方便軟件操作而定的。還有每個(gè)從站的寫參數(shù)請(qǐng)求標(biāo)志，我們將其存儲(chǔ)于各個(gè)從站對(duì)象，因?yàn)椴煌膹恼究赡苡泻艽髤^(qū)別，存儲(chǔ)于各個(gè)從站更加靈活方便。

2 、編碼實(shí)現(xiàn)

我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了我們的更新，接下來(lái)我們就根據(jù)這一設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)它。我們主要從以下幾個(gè)方面來(lái)操作：第一，實(shí)現(xiàn)主站對(duì)象類型和從站對(duì)象類型；第二，主站對(duì)象的實(shí)例化及從站對(duì)象的實(shí)例化；第三，讀從站的主站操作過(guò)程；第四，寫從站的主站操作過(guò)程。接下來(lái)我們將一一描述之。

2.1 、定義對(duì)象類型

與在Modbus RTU一樣，在Modbus ASCII協(xié)議棧的封裝中，我們也需要定義主站對(duì)象和從站對(duì)象，自然也免不了要定義這兩種類型。

首先我們來(lái)定義本地主站的類型，其成員包括：一個(gè)uint32_t的寫從站標(biāo)志數(shù)組；從站數(shù)量字段；從站順序字段；本主站過(guò)管理的從站列表；4個(gè)數(shù)據(jù)更新函數(shù)指針。具體定義如下：

1 /* 定義本地ASCII主站對(duì)象類型 */
 2 typedef struct LocalASCIIMasterType{
 3   uint32_t flagWriteSlave[8];   //寫一個(gè)站控制標(biāo)志位，最多256個(gè)站，與站地址對(duì)應(yīng)。
 4   uint16_t slaveNumber;         //從站列表中從站的數(shù)量
 5   uint16_t readOrder;           //當(dāng)前從站在從站列表中的位置
 6   ASCIIAccessedSlaveType *pSlave;         //從站列表
 7   UpdateCoilStatusType pUpdateCoilStatus;       //更新線圈量函數(shù)
 8   UpdateInputStatusType pUpdateInputStatus;     //更新輸入狀態(tài)量函數(shù)
 9   UpdateHoldingRegisterType pUpdateHoldingRegister;     //更新保持寄存器量函數(shù)
10   UpdateInputResgisterType pUpdateInputResgister;       //更新輸入寄存器量函數(shù)
11 }ASCIILocalMasterType;

關(guān)于主站對(duì)象類型，在前面的更新設(shè)計(jì)中已經(jīng)講的很清楚了，只有兩個(gè)字段需要說(shuō)明一下。第一，從站列表是用來(lái)記錄本主站所管理的從站對(duì)象。第二，readOrder字段表示為當(dāng)前訪問(wèn)從站在列表中的位置，而slaveNumber是從站對(duì)象的數(shù)量，即列表的長(zhǎng)度。具體如下圖所示：

還需要定義從站對(duì)象，此從站對(duì)象只是便于主站而用于表示真是的從站。主站的從站列表中就是此對(duì)象。具體結(jié)構(gòu)如下：

1 /* 定義被訪問(wèn)ASCII從站對(duì)象類型 */
 2 typedef struct AccessedASCIISlaveType{
 3   uint8_t stationAddress;       //站地址
 4   uint8_t cmdOrder;             //當(dāng)前命令在命令列表中的位置
 5   uint16_t commandNumber;       //命令列表中命令的總數(shù)
 6   uint8_t (*pReadCommand)[17];   //讀命令列表
 7   uint8_t *pLastCommand;        //上一次發(fā)送的命令
 8   uint32_t flagPresetCoil;      //預(yù)置線圈控制標(biāo)志位
 9   uint32_t flagPresetReg;       //預(yù)置寄存器控制標(biāo)志位
10 }ASCIIAccessedSlaveType;

關(guān)于從站對(duì)象有三個(gè)字段需要說(shuō)明一下。首先我們來(lái)看一看“讀命令列表（uint8_t (*pReadCommand)[17]）”字段，與Modbus RTU不同，它是17個(gè)字節(jié)，這是由Modbus ASCII消息格式?jīng)Q定的。如下：

還有就是flagPresetCoil和flagPresetReg字段。這兩個(gè)字段用來(lái)表示對(duì)線圈和保持寄存器的寫請(qǐng)求。

2.2 、實(shí)例化對(duì)象

我們定義了主站即從站對(duì)象類型，我們?cè)谑褂脮r(shí)就需要實(shí)例化這些對(duì)象。一般來(lái)說(shuō)一個(gè)硬件端口我們將其實(shí)例化為一個(gè)主站對(duì)象。

ASCIILocalMasterType hgraMaster;

/ 初始化ASCII主站對(duì)象 /

InitializeASCIIMasterObject(&hgraMaster,2,hgraSlave,NULL,NULL,NULL,NULL);

而一個(gè)主站對(duì)象會(huì)管理1到254個(gè)從站對(duì)象，所以從站對(duì)象我們可以將多個(gè)從站對(duì)象實(shí)例組成數(shù)組，并將其賦予主站管理。

ASCIIAccessedSlaveType hgraSlave[]={{1,0,2,slave1ReadCommand,NULL,0x00,0x00},{2,0,2,slave2ReadCommand,NULL,0x00,0x00}};

所以，根據(jù)主站和從站實(shí)例化的條件，我們需要先實(shí)例化從站對(duì)象才能完整實(shí)例化主站對(duì)象。在主站的初始化中，我們這里將4的數(shù)據(jù)處理函數(shù)指針初始化為NULL，有一個(gè)默認(rèn)的處理函數(shù)會(huì)復(fù)制給它，該函數(shù)是上一版本的延續(xù)，在簡(jiǎn)單應(yīng)用時(shí)簡(jiǎn)化操作。從站的上一個(gè)發(fā)送的命令指針也被賦值為NULL，因?yàn)槌跏紩r(shí)還沒(méi)有命令發(fā)送。

2.3 、讀從站操作

讀從站操作原理上與以前的版本是一樣的。按照一定的順序給從站發(fā)送命令再對(duì)收到的消息進(jìn)行解析。我們對(duì)主站及其所管理的從站進(jìn)行了定義，將發(fā)送命令保存于從站對(duì)象，將從站列表保存于主站對(duì)象，所以我們需要對(duì)解析函數(shù)進(jìn)行修改。

1 /*解析收到的服務(wù)器相應(yīng)信息*/
 2 void ParsingAsciiSlaveRespondMessage(AsciiLocalMasterType *master,uint8_t *recievedMessage, uint8_t *command,uint16_t rxLength)
 3 {
 4     int i=0;
 5     int j=0;
 6     uint8_t *cmd=NULL;
 7    
 8     /*判斷是否為Modbus ASCII消息*/
 9     if (0x3A != recievedMessage[0])
10     {
11         return ;
12     }
13  
14     /*判斷消息是否接收完整*/
15     if ((rxLength < 17) || (recievedMessage[rxLength - 2] != 0x0D) || (recievedMessage[rxLength - 1] != 0x0A))
16     {
17         return ;
18     }
19  
20     uint16_t length = rxLength - 3;
21     uint8_t hexMessage[256];
22  
23     if (!CovertAsciiMessageToHex(recievedMessage + 1, hexMessage, length))
24     {
25         return ;
26     }
27    
28     /*校驗(yàn)接收到的數(shù)據(jù)是否正確*/
29     if (!CheckASCIIMessageIntegrity(hexMessage, length/2))
30     {
31         return ;
32     }
33    
34     /*判斷功能碼是否有誤*/
35     FunctionCode fuctionCode = (FunctionCode)hexMessage[1];
36     if (CheckFunctionCode(fuctionCode) != MB_OK)
37     {
38         return;
39     }
40  
41     if ((command == NULL)||(!CheckMessageAgreeWithCommand(recievedMessage, command)))
42     {
43         while(islaveNumber)
44         {
45             if(master->pSlave[i].stationAddress==hexMessage[0])
46             {
47                 break;
48             }
49             i++;
50         }
51        
52         if(i>=master->slaveNumber)
53         {
54             return;
55         }
56    
57         if((master->pSlave[i].pLastCommand==NULL)||(!CheckMessageAgreeWithCommand(recievedMessage,master->pSlave[i].pLastCommand)))
58         {
59             j=FindAsciiCommandForRecievedMessage(recievedMessage,master->pSlave[i].pReadCommand,master->pSlave[i].commandNumber);
60      
61             if(j<0)
62             {
63                 return;
64             }
65      
66             cmd=master->pSlave[i].pReadCommand[j];
67         }
68         else
69         {
70             cmd=master->pSlave[i].pLastCommand;
71         }
72     }
73     else
74     {
75         cmd=command;
76     }
77  
78     uint8_t hexCommand[256];
79     CovertAsciiMessageToHex(cmd + 1, hexCommand, 14);
80  
81     uint16_t startAddress = (uint16_t)hexCommand[2];
82     startAddress = (startAddress << 8) + (uint16_t)hexCommand[3];
83     uint16_t quantity = (uint16_t)hexCommand[4];
84     quantity = (quantity << 8) + (uint16_t)hexCommand[5];
85  
86     if ((fuctionCode >= ReadCoilStatus) && (fuctionCode <= ReadInputRegister))
87     {
88         HandleAsciiSlaveRespond[fuctionCode - 1](master,hexMessage,startAddress,quantity);
89     }
90 }

解析函數(shù)的主要部分是在檢查接收到的消息是否是合法的Modbus ASCII消息。檢查沒(méi)問(wèn)題則調(diào)用協(xié)議站解析。而最后調(diào)用的數(shù)據(jù)處理函數(shù)則是我們需要在具體應(yīng)用中編寫。在前面主站初始化時(shí)，回調(diào)函數(shù)我們初始化為NULL，實(shí)際在協(xié)議占中有弱化的函數(shù)定義，需要針對(duì)具體的寄存器和變量地址實(shí)現(xiàn)操作。特別要說(shuō)明的是，解析Modbus ASCII消息時(shí)，在去除開始字符和結(jié)束字符后，需要將ASCII碼轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)才能完成解析。

2.4 、寫從站操作

寫從站操作則是在其它進(jìn)程請(qǐng)求后，我們標(biāo)識(shí)需要寫的對(duì)象再統(tǒng)一處理。對(duì)具體哪個(gè)從站的寫標(biāo)識(shí)存于主站實(shí)例。而該從站的哪些變量需要寫則記錄在從站實(shí)例中。

所以在進(jìn)程檢測(cè)到需要寫一個(gè)從站時(shí)則置位對(duì)應(yīng)的位，即改變flagWriteSlave中的對(duì)應(yīng)位。而需要寫該站的哪些變量則標(biāo)記flagPresetCoil和flagPresetReg的對(duì)應(yīng)位。修改這些標(biāo)識(shí)都在其它請(qǐng)求更改的進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)，而具體的寫操作則在本主站進(jìn)程中，檢測(cè)到標(biāo)志位的變化統(tǒng)一執(zhí)行。

這部分不修改協(xié)議棧的代碼，因?yàn)楦髡炯案髯兞慷贾劣诰唧w對(duì)象相關(guān)聯(lián)，所以在具體的應(yīng)用中修改。

3 、回歸驗(yàn)證

考慮到Modbus ASCII和Modbus RTU的相似性，我們?cè)O(shè)計(jì)同樣的的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但考慮到Modbus ASCII一般用于小數(shù)據(jù)量通訊，所以我們?cè)O(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單的從站。所以我們?cè)O(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)為：協(xié)議棧建立2個(gè)主機(jī)，每個(gè)主機(jī)管理2個(gè)從站，每個(gè)從站有8個(gè)線圈及2個(gè)保持寄存器。具體結(jié)構(gòu)如圖：

從上圖我們知道，該Modbus網(wǎng)關(guān)需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)Modbus從站用于和上位的通訊；需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)Modbus主站用于和下位的通訊。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，讀操作沒(méi)有什么需要說(shuō)的，只需要發(fā)送命令解析返回消息即可。所以我們中點(diǎn)描述一下為了方便操作，在需要寫的連續(xù)段，我們只要找到第一個(gè)請(qǐng)求寫的位置后，就將后續(xù)連續(xù)可寫數(shù)據(jù)一次性寫入。修改寫標(biāo)志位的代碼如下：

1 /* 修改從站線圈量使能控制 */
  2 static void PresetSlaveCoilControll(uint16_t startAddress,uint16_t endAddress)
  3 {
  4   if((8<=startAddress)&&(startAddress<=15)&&(8<=endAddress)&&(endAddress<=15))
  5   {
  6     ModifyWriteRTUSlaveEnableFlag(&hgraMaster,hgraMaster.pSlave[0].stationAddress,true);
  7    
  8     if((startAddress<=8)&&(8<=endAddress))
  9     {
 10       hgraMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x01;
 11     }
 12     if((startAddress<=9)&&(9<=endAddress))
 13     {
 14       hgraMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x02;
 15     }
 16     if((startAddress<=10)&&(10<=endAddress))
 17     {
 18       hgraMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x04;
 19     }
 20     if((startAddress<=11)&&(11<=endAddress))
 21     {
 22       hgraMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x08;
 23     }
 24     if((startAddress<=12)&&(12<=endAddress))
 25     {
 26       hgraMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x10;
 27     }
 28     if((startAddress<=13)&&(13<=endAddress))
 29     {
 30       hgraMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x20;
 31     }
 32     if((startAddress<=14)&&(14<=endAddress))
 33     {
 34       hgraMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x40;
 35     }
 36     if((startAddress<=15)&&(15<=endAddress))
 37     {
 38       hgraMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x80;
 39     }
 40   }
 41  
 42   if((16<=startAddress)&&(startAddress<=23)&&(16<=endAddress)&&(endAddress<=23))
 43   {
 44     ModifyWriteRTUSlaveEnableFlag(&hgraMaster,hgraMaster.pSlave[1].stationAddress,true);
 45     if((startAddress<=16)&&(16<=endAddress))
 46     {
 47       hgraMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x01;
 48     }
 49     if((startAddress<=17)&&(17<=endAddress))
 50     {
 51       hgraMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x02;
 52     }
 53     if((startAddress<=18)&&(18<=endAddress))
 54     {
 55       hgraMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x04;
 56     }
 57     if((startAddress<=19)&&(19<=endAddress))
 58     {
 59       hgraMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x08;
 60     }
 61     if((startAddress<=20)&&(20<=endAddress))
 62     {
 63       hgraMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x10;
 64     }
 65     if((startAddress<=21)&&(21<=endAddress))
 66     {
 67       hgraMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x20;
 68     }
 69     if((startAddress<=22)&&(22<=endAddress))
 70     {
 71       hgraMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x40;
 72     }
 73     if((startAddress<=23)&&(23<=endAddress))
 74     {
 75       hgraMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x80;
 76     }
 77   }
 78  
 79   if((24<=startAddress)&&(startAddress<=31)&&(24<=endAddress)&&(endAddress<=31))
 80   {
 81     ModifyWriteRTUSlaveEnableFlag(&hgpjMaster,hgpjMaster.pSlave[0].stationAddress,true);
 82     if((startAddress<=24)&&(24<=endAddress))
 83     {
 84       hgpjMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x01;
 85     }
 86     if((startAddress<=25)&&(25<=endAddress))
 87     {
 88       hgpjMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x02;
 89     }
 90     if((startAddress<=26)&&(26<=endAddress))
 91     {
 92       hgpjMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x04;
 93     }
 94     if((startAddress<=27)&&(27<=endAddress))
 95     {
 96       hgpjMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x08;
 97     }
 98     if((startAddress<=28)&&(28<=endAddress))
 99     {
100       hgpjMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x10;
101     }
102     if((startAddress<=29)&&(29<=endAddress))
103     {
104       hgpjMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x20;
105     }
106     if((startAddress<=30)&&(30<=endAddress))
107     {
108       hgpjMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x40;
109     }
110     if((startAddress<=31)&&(31<=endAddress))
111     {
112       hgpjMaster.pSlave[0].flagPresetCoil|=0x80;
113     }
114   }
115  
116   if((32<=startAddress)&&(startAddress<=39)&&(32<=endAddress)&&(endAddress<=39))
117   {
118     ModifyWriteRTUSlaveEnableFlag(&hgpjMaster,hgpjMaster.pSlave[1].stationAddress,true);
119     if((startAddress<=32)&&(32<=endAddress))
120     {
121       hgpjMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x01;
122     }
123     if((startAddress<=33)&&(33<=endAddress))
124     {
125       hgpjMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x02;
126     }
127     if((startAddress<=34)&&(34<=endAddress))
128     {
129       hgpjMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x04;
130     }
131     if((startAddress<=35)&&(35<=endAddress))
132     {
133       hgpjMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x08;
134     }
135     if((startAddress<=36)&&(36<=endAddress))
136     {
137       hgpjMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x10;
138     }
139     if((startAddress<=37)&&(37<=endAddress))
140     {
141       hgpjMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x20;
142     }
143     if((startAddress<=38)&&(38<=endAddress))
144     {
145       hgpjMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x40;
146     }
147     if((startAddress<=39)&&(39<=endAddress))
148     {
149       hgpjMaster.pSlave[1].flagPresetCoil|=0x80;
150     }
151   }
152  
153 }

與Modbus RTU一樣也是在請(qǐng)求修改進(jìn)程中置位索要寫的從站的寫請(qǐng)求標(biāo)志位和對(duì)應(yīng)參數(shù)的寫請(qǐng)求標(biāo)志位。然后在主站對(duì)象的進(jìn)程中檢測(cè)標(biāo)志位，根據(jù)標(biāo)志位的狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)操作。

告之： 源代碼可上Github下載：https://github.com/foxclever/Modbus