• 【stm32】FreeModbus 介绍 + 移植stm32f103 HAl库

    1. 背景

    最近朋友让帮忙做个小东西，需要用到modbus协议。RTU的协议之前用过，也总结过相关的知识点，具体见： Modbus RTU协议各知识点入门 + 实例.
    之前项目用的命令很固定，就自己写了一个实现。现在这边要实现完整的协议栈，果断去找一些轮子来装。

    2. FreeModbus介绍

    Modbus相关的协议栈有不少轮子，比较有名是 LibModbus 和 FreeModbus。
    LibModbus主要用在linux环境，而FreeModbus主要用在mcu环境，资源占用会小一些。
    官方的FreeModbus只到v1.5，且只支持从机免费，做主机的功能要收费。
    cwalter - FreeModbus v1.5
    后来有兄弟基于这个开发了自己的v1.6，主从机都免费。
    armlink- FreeModbus v1.6
    我这边的话，因为只做从机，就下载了v1.5来用的。

    3. 移植步骤

    移植基于的原子的stm32f103zet6 精英板，串口2,用的开发库是HAL库。

    3.1 下载代码 & 文件夹格式

    从官网或者Github下载到源码， 进入文件夹，扫一下所有文件：
主要文件夹4个，

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    在这里插入图片描述
    Demo中主要放了不同平台下的移植文件，以bare文件夹为例

    BARE
	| - port 
	|    | - portevent.c
	|    | - portserial.c
	|    | - porttimer.c
	| - demo.c
	| - Makefile

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    这些就是移植层需要我们适配的接口了。其中 event基本不改。主要就是适配串口接口 和 定时器 接口。
    然后选择demo.c 里面的

    tools：工具
    modbus：主要的协议栈实现，实际上不怎么需要修改
    doc：文档

    3.2 移植代码

    主要我们需要修改的就是 串口的driver支持，定时器的driver支持，以及对应寄存器的设置。
    网上的代码实在太多了。具体可以参见我的参考链接2。
    这里我也把我的HAL库移植过的程序放上来，供大家参考。

    3.2.1 串口

    串口是我们使用modbus RTU的物理接口。
    需要在portserial.c 中进行适配。
    主要是实现：

    1. 串口初始化
    2. 发一个字节
    3. 收一个字节
    4. 中断实现，直接写中断函数或者用回调函数

    代码如下：

    void USART2_RS485_Init(u32 bound)
{
    //GPIO端口设置
    // PA2 TX
    // PA3 RX
    // PD7 DE
	GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
	
	__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();			//使能GPIOA时钟
	__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();			//使能GPIOD时钟
	__HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE();			//使能USART2时钟
	
	GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_2; 			//PA2
	GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;		//复用推挽输出
	GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;			//上拉
	GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//高速
	HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);	   	//初始化PA2
	
	GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_3; 			//PA3
	GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_INPUT;	//复用输入
	HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);	   	//初始化PA3
	
	//PD7推挽输出，485模式控制  
    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_7; 			//PD7
    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  //推挽输出
    GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;          //上拉
    GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//高速
    HAL_GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_Initure);
    
    //USART 初始化设置
	G_USART2_RS485Handler.Instance=USART2;			        //USART2
	G_USART2_RS485Handler.Init.BaudRate=bound;		        //波特率
	G_USART2_RS485Handler.Init.WordLength=UART_WORDLENGTH_8B;	//字长为8位数据格式
	G_USART2_RS485Handler.Init.StopBits=UART_STOPBITS_1;		//一个停止位
	G_USART2_RS485Handler.Init.Parity=UART_PARITY_NONE;		//无奇偶校验位
	G_USART2_RS485Handler.Init.HwFlowCtl=UART_HWCONTROL_NONE;	//无硬件流控
	G_USART2_RS485Handler.Init.Mode=UART_MODE_TX_RX;		    //收发模式
	HAL_UART_Init(&G_USART2_RS485Handler);			        //HAL_UART_Init()会使能USART2
    
  __HAL_UART_DISABLE_IT(&G_USART2_RS485Handler,UART_IT_TC);

	__HAL_UART_ENABLE_IT(&G_USART2_RS485Handler,UART_IT_RXNE);//开启接收中断
	HAL_NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);				        //使能USART1中断
	HAL_NVIC_SetPriority(USART2_IRQn,3,3);			        //抢占优先级3，子优先级3

	USART2_RS485_TX_EN=0;											//默认为接收模式		
}

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    #include "mb.h"
#include "mbport.h"


extern UART_HandleTypeDef G_USART2_RS485Handler;
#define	MODBUS_UART	G_USART2_RS485Handler


/* ----------------------- static functions ---------------------------------*/
static void prvvUARTTxReadyISR( void );
static void prvvUARTRxISR( void );


/* ----------------------- Start implementation -----------------------------*/
void
vMBPortSerialEnable( BOOL xRxEnable, BOOL xTxEnable )
{
    /* If xRXEnable enable serial receive interrupts. If xTxENable enable
     * transmitter empty interrupts.
     */
	if(xRxEnable)
    {
        __HAL_UART_ENABLE_IT(&MODBUS_UART, UART_IT_RXNE);		 //使能接收寄存器非空中断
        //HAL_GPIO_WritePin(RS485_DE_GPIO_Port, RS485_DE_Pin, GPIO_PIN_RESET); //MAX485操作 低电平为接收模式
		USART2_RS485_TX_EN = 0;
		}
    else
    {
        __HAL_UART_DISABLE_IT(&MODBUS_UART, UART_IT_RXNE);		//禁能接收寄存器非空中断		
        //HAL_GPIO_WritePin(RS485_DE_GPIO_Port, RS485_DE_Pin, GPIO_PIN_SET); //MAX485操作 高电平为发送模式
    	USART2_RS485_TX_EN = 1;

	}
    
    if (TRUE == xTxEnable)
    {
        //HAL_GPIO_WritePin(RS485_DE_GPIO_Port, RS485_DE_Pin, GPIO_PIN_SET); //MAX485操作 高电平为发送模式
		USART2_RS485_TX_EN = 1;
		__HAL_UART_ENABLE_IT(&MODBUS_UART, UART_IT_TC);      //使能发送完成中断
    }
    else
    {
        USART2_RS485_TX_EN = 0;
        __HAL_UART_DISABLE_IT(&MODBUS_UART, UART_IT_TC);   //禁能发送完成中断
    }
}

BOOL
xMBPortSerialInit( UCHAR ucPORT, ULONG ulBaudRate, UCHAR ucDataBits, eMBParity eParity )
{

		BOOL ret = TRUE;
	
		USART2_RS485_Init(ulBaudRate);
		
		return ret;
}

BOOL
xMBPortSerialPutByte( CHAR ucByte )
{
    /* Put a byte in the UARTs transmit buffer. This function is called
     * by the protocol stack if pxMBFrameCBTransmitterEmpty( ) has been
     * called. */

    //HAL_GPIO_WritePin(RS485_DE_GPIO_Port, RS485_DE_Pin, GPIO_PIN_SET); //MAX485操作 高电平为发送模式
  	USART2_RS485_TX_EN = 1;
  
#if 0
		HAL_UART_Transmit_IT(&MODBUS_UART, (uint8_t *)&ucByte, 1);
#else
    USART2->DR = ucByte;
#endif
    return TRUE;
}

BOOL
xMBPortSerialGetByte( CHAR * pucByte )
{

    /* Return the byte in the UARTs receive buffer. This function is called
     * by the protocol stack after pxMBFrameCBByteReceived( ) has been called.
     */
  
	// HAL_GPIO_WritePin(RS485_DE_GPIO_Port, RS485_DE_Pin, GPIO_PIN_RESET); //MAX485操作 低电平为接收模式
  USART2_RS485_TX_EN = 0;
  
	*pucByte = (USART2->DR & (uint16_t)0x00FF); 

	return TRUE;
}

/* Create an interrupt handler for the transmit buffer empty interrupt
 * (or an equivalent) for your target processor. This function should then
 * call pxMBFrameCBTransmitterEmpty( ) which tells the protocol stack that
 * a new character can be sent. The protocol stack will then call 
 * xMBPortSerialPutByte( ) to send the character.
 */
static void prvvUARTTxReadyISR( void )
{
    pxMBFrameCBTransmitterEmpty(  );
}

/* Create an interrupt handler for the receive interrupt for your target
 * processor. This function should then call pxMBFrameCBByteReceived( ). The
 * protocol stack will then call xMBPortSerialGetByte( ) to retrieve the
 * character.
 */
static void prvvUARTRxISR( void )
{
    pxMBFrameCBByteReceived(  );
}

void USART2_IRQHandler(void)
{
    if(__HAL_UART_GET_FLAG(&MODBUS_UART, UART_FLAG_RXNE))			// 接收非空中断标记被置位
    {
        __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&MODBUS_UART, UART_FLAG_RXNE);			// 清除中断标记
        prvvUARTRxISR();										// 通知modbus有数据到达
    }

    if(__HAL_UART_GET_FLAG(&MODBUS_UART, UART_FLAG_TXE))				// 发送为空中断标记被置位
    {
        __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&MODBUS_UART, UART_FLAG_TXE);			// 清除中断标记
        prvvUARTTxReadyISR();									// 通知modbus数据可以发松
    }
}


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    3.2.2 定时器

    定时器主要是用于计算3.5位宽的一个时长，每次接受到一个字节的时候，会把定时器的count值清零，重新计时。
    连续3.5位宽的时间内

    /* ----------------------- Start implementation -----------------------------*/
BOOL xMBPortTimersInit( USHORT usTim1Timerout50us )
{

	  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
    TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
		
    TIM3_Handler.Instance = TIM3;
    TIM3_Handler.Init.Prescaler = 3600 - 1;		                                // 72M 时钟，72m/3600 = 10k 频率,  50us记一次数
    TIM3_Handler.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    TIM3_Handler.Init.Period = usTim1Timerout50us - 1;											// usTim1Timerout50us * 50即为定时器溢出时间
    TIM3_Handler.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;

    TIM3_Handler.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;		
    if (HAL_TIM_Base_Init(&TIM3_Handler) != HAL_OK)
    {
        return FALSE;
    }
    sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
    if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&TIM3_Handler, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
    {
        return FALSE;
    }
    sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
    sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
    if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&TIM3_Handler, &sMasterConfig) != HAL_OK)
    {
        return FALSE;
    }
    __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&TIM3_Handler, TIM_FLAG_UPDATE);              // 先清除一下定时器的中断标记,防止使能中断后直接触发中断
    __HAL_TIM_ENABLE_IT(&TIM3_Handler, TIM_IT_UPDATE);	                    // 使能定时器更新中断
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&TIM3_Handler);		
	


    return TRUE;

}

/* HAL_TIM_Base_Init 里会调用这个 */
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance==TIM3)
	{
		__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();            
		HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn,1,3);    
		HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);          
	}
}

 void vMBPortTimersEnable()
{
    /* Enable the timer with the timeout passed to xMBPortTimersInit( ) */
	__HAL_TIM_CLEAR_IT(&TIM3_Handler,TIM_IT_UPDATE);
	__HAL_TIM_ENABLE_IT(&TIM3_Handler,TIM_IT_UPDATE);
	__HAL_TIM_SET_COUNTER(&TIM3_Handler, 0);	// 清空计数器
    __HAL_TIM_ENABLE(&TIM3_Handler);     // 使能定时器	
}

 void vMBPortTimersDisable(  )
{
    /* Disable any pending timers. */
	__HAL_TIM_DISABLE(&TIM3_Handler);	// 禁能定时器
	__HAL_TIM_SET_COUNTER(&TIM3_Handler,0);
	__HAL_TIM_DISABLE_IT(&TIM3_Handler,TIM_IT_UPDATE);
	__HAL_TIM_CLEAR_IT(&TIM3_Handler,TIM_IT_UPDATE);	
}

/* Create an ISR which is called whenever the timer has expired. This function
 * must then call pxMBPortCBTimerExpired( ) to notify the protocol stack that
 * the timer has expired.
 */
static void prvvTIMERExpiredISR( void )
{
    ( void )pxMBPortCBTimerExpired(  );			/* 指向 xMBRTUTimerT35Expired */
}

// 定时器5中断服务程序
//void TIM5_IRQHandler(void)
void TIM3_IRQHandler(void)
{
    if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&TIM3_Handler, TIM_FLAG_UPDATE)) // 更新中断标记被置位
    {
        __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&TIM3_Handler, TIM_FLAG_UPDATE);// 清除中断标记
    	prvvTIMERExpiredISR();	// 通知modbus3.5个字符等待时间
    }
}

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    一个要注意的点就是记得把定时器的时钟 和 中断打开。
    网上一些移植程序这里没写，应该是用cudeIDE直接生成的代码里默认打开了。
    如果是自己写的记得开一下，不然进不去中断。
    就是加上这个函数HAL_TIM_Base_MspInit， 会在 HAL_TIM_Base_Init 的 时候自动调用。

    void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim->Instance==TIM3)
	{
		__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();            
		HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn,1,3);    
		HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);          
	}
}

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    比较奇怪的一点是，这三句配置我之前没写在HAL_TIM_Base_MspInit里，直接在init函数里调用的，结果中断一直不正常。
    后来放在里这个回调里才正常。

    4. 功能验证

    这里使用的是armfly的Modbus调试助手，界面比较简单。
    尝试使用 03指令，04指令去读取，用06指令写入后再用03指令读取
    可以读取到我们写在数组里的参数。
    在这里插入图片描述

    5. 参考链接

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/tao475824827/article/details/126188867