Linux系统下Modbus主协议栈设计与实现

论文摘要

随着计算机技术、控制技术和通信技术的快速发展,传统的控制领域现在正经历着一场前所未有的重大变革,逐步向网络化、高度集成化、系统复杂化方向发展,而现场总线技术成为了控制领域未来发展的趋势。作为世界公认的8大现场总线之一的Modbus协议,是当前工业控制领域应用最为广泛、也是最为流行的一种数据传输协议。在中国,Modbus协议于2008年被确定为一项国家标准,因此,Modbus协议在中国会越来越普及、应用也会越来越广泛,与之相关的产品也会逐渐的增多。由于Modbus协议的重要性与广泛性,世界各地的公司和个人都在研究Modbus协议,并实现Modbus协议栈。出于商业的目的,公司开发出来的Modbus协议栈是不对外公开的,并且这些公司开发的Modbus协议栈使用版权费用也是非常之高；而出于兴趣爱好的个人开发出来的Modbus协议栈总是有一些问题。特别地,在Linux系统下运行的Modbus协议栈又是少之又少,众所周知,现在Linux系统以其独特的优势在许多领域都得到了应用,并且还在快速的发展,有可能成为工业控制领域的主流操作系统。鉴于在Linux系统上实现Modbus协议栈存在的诸多问题,本论文从另外一个切入点对Modbus协议进行了研究、分析,找到了一个良好的解决方法,也使Modbus协议在Linux系统上的实现变得容易起来。与此同时,本论文为Modbus主协议栈设计了一个良好的软件架构,实现了绝大部分也是最为常用的公共功能码操作函数与用户自定义功能码的功能；为了使设计的Modbus主协议栈在各个操作系统平台之间具有良好的可移植性,本论文在实现Modbus主协议栈时采用了分层思想,抽象出了一套对操作系统层的移植接口,这样只要在另外一个操作系统上实现这些接口,Modbus主协议栈就可以在该系统上运行起来；为了尽量方便用户使用Modbus主协议栈,在设计Modbus主协议栈时遵循了“简单即是美”的原则,同样也实现了一套接口简单、操作方便、功能完备的对用户接口。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题的研究现状
• 1.3 课题的研究目标
• 1.4 论文的主要工作
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 Modbus协议介绍
• 2.1 Modbus协议综述
• 2.2 Modbus协议描述
• 2.3 Modbus传输模式
• 2.3.1 RTU模式
• 2.3.2 ASCⅡ模式
• 2.3.3 TCP模式
• 2.4 Modbus功能码
• 2.5 Modbus请求帧与响应帧
• 2.6 本章小节
• 第三章 Modbus主协议栈多接口与多线程
• 3.1 Modbus主协议栈多接口特性
• 3.2 Modbus主协议栈多线程特性
• 3.3 Linux线程
• 3.3.1 线程概述
• 3.3.2 线程同步与互斥
• 3.4 函数可重入与函数线程安全
• 3.4.1 函数可重入
• 3.4.2 函数线程安全
• 3.4.3 函数可重入与函数线程安全的关系
• 3.4.4 Modbus主协议栈可重入性与线程安全性
• 3.5 本章小节
• 第四章 Modbus主协议栈设计与实现
• 4.1 Modbus主协议栈整体结构
• 4.2 Modbus主协议栈的组件
• 4.2.1 数据类型
• 4.2.2 struct slist结构体
• master_t结构体'>4.2.3 modbus_master_t结构体
• master_operations_t结构体'>4.2.4 modbus_master_operations_t结构体
• codes_struct结构体'>4.2.5 struct udf_codes_struct结构体
• serial_t结构体'>4.2.6 struct modbus_serial_t结构体
• tcp_t结构体'>4.2.7 struct modbus_tcp_t结构体
• 4.3 Modbus主协议栈异常码与错误码
• 4.4 Modbus主协议栈核心处理架构
• master_open（）函数'>4.4.1 modbus_master_open（）函数
• master_close（）函数'>4.4.2 modbus_master_close（）函数
• poll（）函数'>4.4.3 modbus_poll（）函数
• 4.4.4 Modbus主协议栈公共功能码架构
• 4.4.5 Modbus主协议栈用户自定义功能码架构
• log（）'>4.5 Modbus主协议栈信息输出函数modbus_log（）
• 4.5.1 信息输出级别控制
• log（）实现'>4.5.2 modbus_log（）实现
• 4.6 Modbus主协议栈对Linux接口
• 4.6.1 RTU模式与ASCⅡ模式相关接口
• 4.6.2 TCP模式相关接口
• 4.6.3 杂项接口
• 4.7 Modbus主协议栈对用户接口
• 4.7.1 主机打开与关闭操作函数
• 4.7.2 主机公共功能码操作函数
• 4.7.3 主机用户自定义功能码函数
• 4.7.4 获取与设置主机配置函数
• 4.8 本章小结
• 第五章 Modbus主协议栈编译
• 5.1 GCC编译器
• 5.2 Makefile
• 5.3 库
• 5.3.1 静态库
• 5.3.2 动态链接库
• 5.4 Modbus主协议栈编译文件
• 5.5 本章小节
• 第六章 Modbus主协议栈测试与分析
• 6.1 Modbus主协议栈测试环境
• 6.2 Modbus主协议栈测试方法
• 6.3 本章小节
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢