1.引言
Modbus是工业领域重要的协议，物理层有常见的RS485双绞线和TCP，所以又常说Modbus 485开发和Modbus TCP开发。
前者就是串口通信，比较简单。后者涉及到网络协议，复杂度高出好几个层次。
但是如果有稳定的TCP通信做铺垫，这两种Modbus的区别就不大了，都是数据包的解析而已，能共用大部分代码。
本文不讨论Modbus协议如何读写一个Register或Coil之类的，这些东西看看文档或者网上搜下博客教程就知道了。
本文目标是讨论如何写一个稳定的Modbus通信驱动，由于Modbus TCP对Modbus的操作除了有个特殊的7字节包头和无CRC外，其他部分和Modbus 485没有区别，因此本文对Modbus TCP同样有参考意义。
2. RS485通信
部分应用场景下并没有使用Modbus协议，而是简单的串口通信，然后加上和校验等检查，传输层使用RS485，这类应用可以归为RS485通信的范畴。
其实个人感觉，都做到这个份上，还不如直接用Modbus来做，复杂度高不出多少，好处却有很多。比如可以借助Modbus大量的流行测试工具做系统测试。可以把系统做成一个标准品，也利于客户使用和测试。另外有现成的通用协议，总比自己定的协议稳定度高。
比如我曾见到过的几个公司的产品：
这是一个电机控制器，使用RS485通信，但本质就是串口通信，加上了头0x4A，和结束符0D,0A，以及和校验。
这是一家BMS产商的说明书，RS485通信，和上面一样，就是基于RS485的串口通信而已。
这类驱动程序，需要从稳定性和易读性来考虑，如果稳定性较差会造成系统控制故障，如果易读性差就会造成难以维护，这些控制指令之间差别很小，如果一个一个单独写命令，非常容易出错。对应举措如下：
1）避免每个指令写一部分代码，需要统一处理，比如校验函数，发送函数，接收函数等。
通信协议已知，从中可以知道通信的实际数据长度（不包含包头包尾和校验的部分），所以可以控制读写多少个字节，并且可以知道什么时候启动校验，那些数据参与校验计算。
2）为指令建立指令列表，这样后来需要添加功能，就可以直接把指令字加入列表即可。
3）适当抽象。为每个指令的动作写回调函数，这样就可以在应用层，用一句简单的回调函数指针直接操作具体的动作函数，而不是应用逻辑层操作具体的驱动层面的接口。
4）超时，必须有超时机制。通信失败怎么处理？通信了一般线断了怎么处理？不能让系统死等后面的几个字节发过来。
5）新手和一些小公司经常会不注意的出现一个问题——不关闭通信端口。
如果通信都是由你发起的，那么无论此次通信是完成还是超时或失败，都应该关闭通信端口。
因为从合理的逻辑上来说，此刻之后都不应该再有数据过来打扰系统的工作。
Motor_Send_Cmd(cmd_type); // send command
if(xQueueReceive(MotorQueue, &motorMsg, 200) == pdPASS) // wait response
{
check = Motor_Rcv_Check(&motorMsg, &motor_cmd_struct);
if(check)
{
.....
}
else // check failed
{
Motor_RS485_Mode(UART_OFF);
}
}
else // timeout
{
Motor_RS485_Mode(UART_OFF);
}
3. Modbus 驱动
有了上面高质量的485串口通信的驱动，进行Modbus通信协议的改造就非常简单了。但是Modbus TCP接收部分没有帧间隔超时，因为都是由TCP协议来保证了。
一个比较完善的Modbus驱动要注意以下几点：
1）接收超时机制，不能依靠数传输的字节个数来停止接收来和区分帧间隔，因为可能通信就是断掉了，所以要按照协议，串口通信情况下3~5个bit空闲就认为一帧结束。
2）响应超时机制，Modbus是主从问答式通信，那么主机就需要知道到底多久从机才会应答，主机等待从机应答的最长时间就是从机的最大回复间隔，超过这个时间后从机即使已经完成计算也不能回复，因为此时主机可能已经开始给其他从机发送数据了。
3）Modbus地址可能很多，那么就需要一个table来管理，不能写成一个一个的 if--else if--else if来处理某个地址的操作。
4）如果table管理了上千个地址，那么地址的搜索就需要一个高效的算法，顺序搜索肯定是太low了，最好使用二分查找。
5）有些写寄存器可能需要对机器设定，比如在线改波特率，如果此时波特率和新设定的波特率一样，那么就不需要执行串口初始化代码，所以在每个地址table行，需要特定的回调函数，搜索到某一个地址后，就可以操作这个回调函数，执行一些动作。
6）如果某个资源多个任务访问，需要读写互斥。
7）如果某个资源读写不是原子性的，那么就需要加锁。免得改了一半，被其他任务来读出，结果读了一半新值一半旧值。
8）模块化，读写寄存器接口需要包装起来，对外暴露3个参数，function，addr，*value即可。
/**
* @brief modbus callbcak function. cmd like:MAC>UP\r\n
* @param value to read or write.
* @retval 1=Success, 0=fail.
*/
uint8_t LockUp_W(uint16_t *value)
{
....//具体的执行部分 return 1;
}
/**
* @brief modbus callbcak function.
* @param value to read or write.
* @retval 1=Success, 0=fail.
*/
uint8_t LockDown_R(uint16_t *value)
{
if(*value)
{
*value = 0;
}
return 1;
}
/**
* @brief modbus callbcak function. cmd like:MAC>DOWN\r\n
* @param value to read or write.
* @retval 1=Success, 0=fail.
*/
uint8_t LockDown_W(uint16_t *value)
{
..... return 1;
}
/**
* @brief modbus callbcak function.
* @param value to write.
* @retval 1=Success, 0=fail.
*/
uint8_t MdTimeOut_R(uint16_t *value)
{
.... return 1;
}
/**
* @brief modbus callbcak function.
* @param value to read.
* @retval 1=Success, 0=fail.
*/
uint8_t MdTimeOut_W(uint16_t *value)
{
SystemTickLimitCfg(TMOUT_MB, *value);
return 1;
}
// table的数据结构，除了基本的地址外，还可以包含变量的范围，倍率，回调函数等typedef struct{ uint8_t func; uint16_t addr; uint16_t min; uint16_t max; uint16_t *value; uint8_t (*pFunc)(uint16_t *value);}MB_Reg_Struct;
/**
* @brief modbus table.
*/
MB_Reg_Struct MBReg[]={
/*func, addr, min, max, &value, callBack()*/
{0x03, 1, 0, 1, &HoldReg.up, LockUp_R},
{0x03, 2, 0, 1, &HoldReg.dowm, LockDown_R},
{0x06, 1, 0, 1, &HoldReg.up, LockUp_W},
{0x06, 2, 0, 1, &HoldReg.dowm, LockDown_W},
{0x04, 1, 1, 63, &InputReg.md_addr, pNone},
{0x04, 2, 0, 0xff, &InputReg.lock_stats, pNone},
{0x04, 3, 0, 100, &InputReg.soc, pNone},
{0x04, 4, 0, 127, &InputReg.rssi, pNone},
{0x04, 5, 0, 1, &InputReg.search, pNone},
{0x04, 6, 0, 0, &InputReg.reserve[0], pNone},
{0x04, 7, 0, 0, &InputReg.reserve[1], pNone},
{0x04, 8, 0, 0, &InputReg.reserve[2], pNone},
{0x04, 9, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_BLE[0], pNone},
{0x04, 10, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_BLE[1], pNone},
{0x04, 11, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_BLE[2], pNone},
{0x04, 12, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_BLE[3], pNone},
{0x04, 13, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_BLE[4], pNone},
{0x04, 14, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_BLE[5], pNone},
{0x04, 15, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_LOCK[0], pNone},
{0x04, 16, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_LOCK[1], pNone},
{0x04, 17, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_LOCK[2], pNone},
{0x04, 18, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_LOCK[3], pNone},
{0x04, 19, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_LOCK[4], pNone},
{0x04, 20, 0, 0xffff, &InputReg.MAC_LOCK[5], pNone},
};