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浅谈C#使用TCP/IP与ModBus进行通讯

浅谈C#使用TCP/IP与ModBus进行通讯

协议头具体包括下列4个字段:

(1) Transaction Identifier:事务ID标识,Client每发送一个Request数据包的时候,需要带上该标识;当Server响应该请求的时候,会把该标识复制到Response中;这样客户端就可以进行容错判断,防止数据包发串了。

(2) Protocal Identifier:协议标识,ModBus协议中,该值为0;

(3) Length:整个数据包中,从当个前这个字节之后开始计算,后续数据量的大小(按byte计算)。

(4) Unit Identifier:

3. 大小端转换

ModBus使用Big-Endian表示地址和数据项。因此在发送或者接受数据的过程中,需要对数据进行转换。

3.1 判断大小端

浅谈C#使用TCP/IP与ModBus进行通讯

对于整数1,在两种机器上有两种不同的标示方式,如上图所示;因此,我们可以用&操作符来取其地址,再转换成指向byte的指针(byte*),最后再取该指针的值;若得到的byte值为1,则为Little-Endian,否则为Big-Endian。

unsafe { inttester = 1; boollittleEndian = (*(byte*)(&tester)) == (byte)1; }

3.2 整数/浮点数转换成Byte数组

.Net提供了现成的API,可以BitConverter.GetBytes(value)和BitConverter.ToXXOO(Byte[] data)来进行转换。下面的代码对该转换进行了封装,加入了Little-Endian转Big-Endian的处理(以int为例):

publicclassValueHelper //Big-Endian可以直接转换 { publicvirtualByte[] GetBytes(intvalue) { returnBitConverter.GetBytes(value); } publicvirtualintGetInt(byte[] data) { returnBitConverter.ToInt32(data, 0); } } internalclassLittleEndianValueHelper : ValueHelper //Little-Endian,转换时需要做翻转处理。 { publicoverrideByte[] GetBytes(intvalue) { returnthis.Reverse(BitConverter.GetBytes(value)); } publicvirtualintGetInt(byte[] data) { returnBitConverter.ToInt32(this.Reverse(data), 0); } privateByte[] Reverse(Byte[] data) { Array.Reverse(data); returndata; }

4. 事务标识和缓冲处理

4.1 Transaction Identifier

上面2.2节中提到,Client每发送一个Request数据包的时候,需要带上一个标识;当Server响应该请求的时候,会把该标识复制到Response中,返回给Client。这样Client就可以用来判断数据包有没有发串。在程序中,可以可以用一个变量及记录该标识:

privatebytedataIndex = 0;  protectedbyteCurrentDataIndex { get { returnthis.dataIndex; } } protectedbyteNextDataIndex() { return++this.dataIndex; }

每次Client发送数据的时候,调用NextDataIndex()来取得事务标识;接着当Client读取Server的返回值的时候,需要判断数据包中的数据标识是否与发送时的标志一致;如果一致,则认为数据包有效;否则丢掉无效的数据包。

4.2 缓冲处理

上节中提到,如果Client接收到的响应数据包中的标识,与发送给Server的数据标识不一致,则认为Server返回的数据包无效,并丢弃该数据包。

如果只考虑正常情况,即数据木有差错,Client每次发送请求后,其请求包里面包含需要读取的寄存器数量,能算出从Server返回的数据两大小,这样就能确定读完Server返回的所有缓冲区中的数据;每次交互后,Socket缓冲区中都为空,则整个过程没有问题。但是问题是:如果Server端出错,或者数据串包等异常情况下,Client不能确定Server返回的数据包(占用的缓冲区)有多大;如果缓冲区中的数据没有读完,下次再从缓冲区中接着读的时候,数据包必然是不正确的,而且会错误会一直延续到后续的读取操作中。

因此,每次读取数据时,要么全部读完缓冲区中的数据,要么读到错误的时候,就必须清楚缓冲区中剩余的数据。网上搜了半天,木有找到Windows下如何清理Socket缓冲区的。有篇文章倒是提到一个狠招,每次读完数据后,直接把Socket给咔嚓掉;然后下次需要读取或发送数据的时候,再重新建立Socket连接。

回过头再来看,其实,在Client与Server进行交互的过程中,Server每次返回的数据量都不大,也就一个MBAP Header + 几十个寄存器的值。因此,另一个处理方式,就是每次读取尽可能多的数据(多过缓冲区中的数据量),多读的内容,再忽略掉。暂时这么处理,期待有更好的解决方法。

5. 源代码

5.1 类图结构:

5.2 使用示例

(1) 写入数据:

this.Wrapper.Send(Encoding.ASCII.GetBytes(this.tbxSendText.Text.Trim())); publicoverridevoidSend(byte[] data) { //[0]:填充0,清掉剩余的寄存器 if(data.Length <60) { var input = data; data = newByte[60]; Array.Copy(input, data, input.Length); } this.Connect(); List<byte>values = newList<byte>(255); //[1].Write Header:MODBUS Application Protocol header values.AddRange(ValueHelper.Instance.GetBytes(this.NextDataIndex()));//1~2.(Transaction Identifier) values.AddRange(newByte[] { 0, 0 });// Protocol Identifier,0 = MODBUS protocol values.AddRange(ValueHelper.Instance.GetBytes((byte)(data.Length + 7)));// 后续的Byte数量 values.Add(0);// Unit Identifier:This field is used for intra-system routing purpose. values.Add((byte)FunctionCode.Write);// Function Code : 16 (Write Multiple Register) values.AddRange(ValueHelper.Instance.GetBytes(StartingAddress));//9~10.起始地址 values.AddRange(ValueHelper.Instance.GetBytes((short)(data.Length / 2)));//11~12.寄存器数量 values.Add((byte)data.Length);//13.数据的Byte数量 //[2].增加数据 values.AddRange(data);//14~End:需要发送的数据 //[3].写数据 this.socketWrapper.Write(values.ToArray()); //[4].防止连续读写引起前台UI线程阻塞 Application.DoEvents(); //[5].读取Response: 写完后会返回12个byte的结果 byte[] responseHeader = this.socketWrapper.Read(12); }

(2) 读取数据:

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