1. 了解MODBUS TCP结构。
2. 了解MODBUS TCP特征。
3. 掌握MODBUS TCP的使用方法。
4. 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。

1. iCore4 双核心板点击购买。
2. JLINK（或相同功能）仿真器点击购买。
3. Micro USB线缆。
4. 网线。
5. 路由器及供电电源。
6. Keil MDK 开发平台。
7. 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。

=== 1、Modbus TCP通信概述 ===

• MODBUS/TCP是简单的、中立厂商的用于管理和控制自动化设备的MODBUS系列通讯协议的派生产品，显而易见，它覆盖了使用TCP/IP协议的“Intranet”和“Internet”环境中MODBUS报文的用途。协议的最通用用途是为诸如PLC’s，I/O模块，以及连接其它简单域总线或I/O模块的网关服务的。
• MODBUS/TCP使MODBUS_RTU协议运行于以太网，MODBUS TCP使用TCP/IP和以太网在站点间传送MODBUS报文，MODBUS TCP结合了以太网物理网络和网络标准TCP/IP以及以MODBUS作为应用协议标准的数据表示方法。MODBUS TCP通信报文被封装于以太网TCP/IP数据包中。与传统的串口方式，MODBUS TCP插入一个标准的MODBUS报文到TCP报文中，不再带有数据校验和地址。
• Modbus TCP传输过程中使用了TCP/IP以太网参考模型的5层：
  • 第一层：物理层，提供设备物理接口，与市售介质/网络适配器相兼容
  • 第二层：数据链路层，格式化信号到源/目硬件址数据帧
  • 第三层：网络层，实现带有32位IP址IP报文包
  • 第四层：传输层，实现可靠性连接、传输、查错、重发、端口服务、传输调度
  • 第五层：应用层，Modbus协议报文
• Modbus/TCP的通信系统可以包括不同类型的设备。所有连接到Modbus/TCP通讯网络的设备都通过Modbus事务报文来实现Modbus客户端和服务器端之间的通讯任务。而Modbus客户端和服务器TCP/IP网关则实现了将在串行链路上的Modbus通讯设备连入到Modbus/TCP通讯网络。如图所示：

• Modbus在TCP/IP上使用专用报文头识别Modbus应用数据单元。这种报文头成为MBAP报文头。Modbus在TCP/IP网络上的应用数据单元如图所示。

• 按照使用的通途区分，共有3种类型分别为：
  • （1）公共功能代码：已定义好功能码，保证其唯一性，由Modbus.org认可；
  • （2）用户自定义功能代码有两组，分别为65～72和100～110，无需认可，但不保证代码使用唯一性,如变为公共代码，需交RFC认可；
  • （3）保留功能代码，由某些公司使用某些传统设备代码，不可作为公共用途。
  • 按照应用深浅，可分为3个类别：
  • （1）类别0，客户机/服务器最小可用子集：读多个保持寄存器(fc.3)；写多个保持寄存器(fc.16)。
  • （2）类别1，可实现基本互易操作常用代码：读线圈(fc.1)；读开关量输入(fc.2)；读输入寄存器(fc.4)；写线圈(fc.5)；写单一寄存器(fc.6)。
  • （3）类别2，用于人机界面、监控系统例行操作和数据传送功能：强制多个线圈(fc.15)；读通用寄存器(fc.20)；写通用寄存器(fc.21)；屏蔽写寄存器(fc.22)；读写寄存器(fc.23)。
• 本实验使用的03功能码读取保持寄存器中的数据。

• LAN8720A功能框图如图所示：

• LAN8720A是低功耗的10/100M以太网PHY层芯片，I/O引脚电压符合IEEE802.3-2005标准，支持通过RMII接口与以太网MAC层通信，内置10-BASE-T/100BASE-TX全双工传输模块，支持10Mbps和100Mbps。
• LAN8720A可以通过自协商的方式与目的主机最佳的连接方式(速度和双工模式)，支持HPAuto-MDIX自动翻转功能，无需更换网线即可将连接更改为直连或交叉连接。LAN8720A的主要特点如下：
  • 高性能的10/100M以太网传输模块
  • 支持RMII接口以减少引脚数
  • 支持全双工和半双工模式
  • 两个状态LED输出
  • 可以使用25M晶振以降低成本
  • 支持自协商模式
  • 支持HPAuto-MDIX自动翻转功能
  • 支持SMI串行管理接口
  • 支持MAC接口

• iCore4带有lan8720a嵌入式以太网控制器，本实验实现MODBUS TCP功能。MODBUS是开放协议，IANA给协议赋予TCP端口502，iCore4的IP地址为192.168.0.10，PC的IP地址为192.168.0.2，在建立客户端与服务器之间的TCP连接后，MODBUS即可通信。实验原理图如下：

int main(void)
{   
    system_clock.initialize();        //系统时钟初始化
    led.initialize();                 //LED初始化
    adc.initialize();                 //ADC初始化
    delay.initialize(216);            //延时初始化
    my_malloc.initialize(SRAMIN);     //动态内存初始化
    usart6.initialize(115200);        //串口波特设置
    usart6.printf("\033[1;32;40m");   //设置字体终端为绿色
    usart6.printf("\r\nHello, I am iCore4!\r\n\r\n");    //串口信息输出 
 
    OSInit();                          //UCOS初始化
 
    while(lwip.initialize())           //lwip初始化
    {
     LED_RED_ON;
         usart6.printf("\r\nETH initialize error!\r\n\r\n");//ETH初始化失败
    }
    modbus.initialize();                  //modbus初始化
 
    OSTaskCreate(start_task,(void*)0,(OS_STK*)&START_TASK_STK[START_STK_SIZE-1],START_TASK_PRIO);
    OSStart();                            //开启UCOS   
}

void start_task(void *pdata)
{
    OS_CPU_SR cpu_sr;
    pdata = pdata ;
    OSStatInit();         //初始化统计任务
    OS_ENTER_CRITICAL();      //关中断
 
    OSTaskCreate(led_task,(void*)0,(OS_STK*)&LED_TASK_STK[LED_STK_SIZE-1],LED_TASK_PRIO);//创建LED任务
    OSTaskCreate(display_task,(void*)0,(OS_STK*)&DISPLAY_TASK_STK[DISPLAY_STK_SIZE-1],DISPLAY_TASK_PRIO); //显示任务
    OSTaskSuspend(OS_PRIO_SELF); //挂起start_task任务
    OS_EXIT_CRITICAL();      //开中断
}

//LWIP初始化(LWIP启动的时候使用)
//返回值:0,成功
//      1,内存错误
//      2,LAN8720初始化失败
//      3,网卡添加失败.
u8 lwip_comm_init(void)
{
    OS_CPU_SR cpu_sr;
    struct netif *Netif_Init_Flag;      //调用netif_add()函数时的返回值,用于判断网络初始化是否成功
    struct ip_addr ipaddr;               //ip地址
    struct ip_addr netmask;               //子网掩码
    struct ip_addr gw;                   //默认网关 
    if(lan8720.memory_malloc())return 1; //内存申请失败
    if(lwip_comm_mem_malloc())return 1;  //内存申请失败
    if(lan8720.initialize())return 2;    //初始化LAN8720失败 
    tcpip_init(NULL,NULL);        //初始化tcp ip内核,该函数里面会创建tcpip_thread内核任务
    lwip_comm_default_ip_set(&lwipdev);  //设置默认IP等信息
#if LWIP_DHCP    //使用动态IP 
    ipaddr.addr = 0;
    netmask.addr = 0;
    gw.addr = 0;
#else        //使用静态IP
    IP4_ADDR(&ipaddr,lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
    IP4_ADDR(&netmask,lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1] ,lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
    IP4_ADDR(&gw,lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
    usart6.printf("网卡en的MAC地址为:................%d.%d.%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.mac[0],lwipdev.mac[1],lwipdev.mac[2],lwipdev.mac[3],lwipdev.mac[4],lwipdev.mac[5]);
    usart6.printf("静态IP地址........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
    usart6.printf("子网掩码..........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1],lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
    usart6.printf("默认网关..........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
#endif
    Netif_Init_Flag=netif_add(&lwip_netif,&ipaddr,&netmask,&gw,NULL,&ethernetif_init,&tcpip_input);//向网卡列表中添加一个网口
#if LWIP_DNS   
    dns_init();
#endif  
    if(Netif_Init_Flag==NULL)return 3;//网卡添加失败 
    else//网口添加成功后,设置netif为默认值,并且打开netif网口
    {
        netif_set_default(&lwip_netif); //设置netif为默认网口
        netif_set_up(&lwip_netif);     //打开netif网口
    }
    return 0;//操作OK.
}

static INT8U modbus_socket_init(void)
{
    INT8U res;
    OS_CPU_SR cpu_sr;
 
    OS_ENTER_CRITICAL();    //关中断
    res = OSTaskCreate(modbus_task,(void*)0,(OS_STK*)&MODBUS_TASK_STK[MODBUS_STK_SIZE-1],MODBUS_PRIO); //创建TCP服务器线程
    OS_EXIT_CRITICAL();    //开中断
 
    return res;
}
 

static void modbus_task(void *arg)
{
  int modbus_sock, size;
  struct sockaddr_in address, remotehost;
  while(1)
  {
       /* 创建一个TCP套接字 */
      if ((modbus_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) 
      {
                 usart6.printf("can not create socket\r\n");
                 OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0);
                 continue;
       }
      address.sin_family = AF_INET;
      address.sin_port = htons(502);   // mosbus tcp端口
      address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
     if (bind(modbus_sock, (struct sockaddr *)&address, sizeof (address)) < 0)
     {
             usart6.printf("can not bind socket\r\n");
             closesocket(modbus_sock);
             close(modbus_sock);
             OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0);
             continue;
     }
     /* 监听传入的连接 */
     listen(modbus_sock, 1);
     size = sizeof(remotehost);
     modbus_conn = accept(modbus_sock, (struct sockaddr *)&remotehost, (socklen_t *)&size);
     if (modbus_conn >= 0)
     {
       closesocket(modbus_sock);
       close(modbus_sock);  
       usart6.printf("connect socket\r\n");
       modbus_tcp_server(modbus_conn);
     }
     else
     {     
       close(modbus_sock);
       close(modbus_conn);
     }
   }
}
 

1. 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
2. 将跳线冒插在USB UART；
3. 把iCore4（USB UART）通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
4. 设置电脑IP；（设置方法见附录1）
5. 把iCore4网口通过网线与计算机网口相连；
6. 打开Modbus Poll；(Modbus Poll安装方法及使用方法见附录2)
7. 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
8. 烧写程序到iCore4上；
9. 也可以进入Debug模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。

• 电源监控如下图所示：

1、打开控制面板—→网络和Internet—→网络和共享中心—→更改适配器设置—→以太网—→属性 2、Internet协议版本4—→选择使用下面的IP地址（如下图所示），然后更改IP地址和默认网关  

1、选择相应的位（32 位或 64 位）双击，NEXT—→NEXT—→Install—→NEXT—→Finished.
2、打开Modbus Poll，点击Connection—→connect，输入SN.txt中的序列号。 3、按下图进行设置，点击 OK 即可。