STM32L476+STM32cubeMx+Freemodbus移植记录

STM32L476+STM32cubeMx+Freemodbus移植成功记录

modbus通信需要一个串口和定时器，在STM32L476上串口使用USART3，定时器使用TIM4，同时由于使用了485通信，需要一个GPIO引脚PB1控制485芯片的数据收发，移植Freemodbus过程记录如下：

一、CubeMX的配置

基于STM32L476RCTx的Modbus移植（新建工程，选择对应的芯片型号），使用Serial wire（ST_Link）串行调试方式，选用时钟为HSE外接石英晶振。

配置时钟树，外部晶振为8MHz，时钟频率最高只能到80MHz，这里设置为64MHz。

串口配置

串口采用异步通信的方式（Asynchronous异步通信），这里随便配置即可，因为modbus移植过程中还会对串口重新进行初始化。

STM32L476有485硬件流控制功能，查阅资料说如果使用硬件流控来控制485芯片的DE引脚，可以省去手动操作RS485收发器的使能引脚步骤，但是在实际使用中发现串口不能正常收发数据，所以还是通过IO口来控制485芯片。

GPIO设置为推挽输出模式，作为RS485的发送接收控制端，输出速度选择High。

串口3的配置如下：

STM32L476与STM32F103系列相比多了一些advanced Features，STM32串口默认是打开Overrun、DMA on Rx Error，如果使能后出现错误会关闭串口接收，调用错误回调函数，这里直接关闭使能，不影响正常通信。

定时器配置

Modbus协议的RTU模式规定报文帧的时长至少为3.5个字符的空闲间隔区分，如果在指定的时间内没有接收到新的字符数据，则认为收到了新的帧。

在freemodbus中默认定义：当波特率大于19200时，判断一帧数据超时时间固定为1750us，当波特率小于19200时，超时时间为3.5个字符时间。Freemodbus协议中使用了一个公式来实现不同波特率下超时时间的设置

usTimerT35_50us = ( 7UL * 220000UL ) / ( 2UL * ulBaudRate )

为了后续项目移植方便，需要用定时器产生50us的基准。

STM32L476中采用TIM4，TIM4挂载在APB1上，pclk1为64MHz，预分频系数3199，计数周期为49，对应时间为50us，随便配置就行，因为在modbus移植过程中还会对定时器初始化。

自动重载ENABLE，设置定时器触发方式为Update Event

定时器的溢出时间的计算公式为：

Tout = ((arr+1)*(psc+1))/Tclk 这里arr=49,psc=3199,Tclk=64MHz,

于是Tout = (3200*(arr+1))/64us = (arr+1)*50us，后面可以通过改变arr的值改变定时时间。

NVIC

使能定时器4和串口3的中断，还需要配置中断优先级，定时器的中断优先级低于串口中断即可。（优先级数字越小，优先级越高）

取消自动生成中断服务程序，在移植过程中要自己编写串口和定时器服务程序。

Code Generator

只拷贝相关文件库到工程下每个外设生成独立的”.c/h”文件，Project Manager 项目生成工程路径中最好不要用中文，不然STM32CubeMX会在生成项目时报错，IDE选择MDK-ARM

二、Freemodbus移植

Freemodbus 是一款微型modbus协议栈，之前对各种单片机、小型处理器支持比较好，从v1.6版本开始，也支持linux了，modbus通信的重点一是数据解析，二是串口的不定长数据接收，每接收一个字节，需要重置定时器，这样能保证在接收数据的过程中，定时器是不会溢出的，在串口中断服务程序中，将要更新状态机FSM，而eMBPoll函数则是会进行modbus协议的解析。

下载Freemodbus

https://www.embedded-experts.at/en/freemodbus-downloads/

点击freemodbus-v1.6.zip进行下载，下载后解压的文件

Tools为上位机测试modbus程序，doc是一些说明文件

STM32移植就是需要修改demo目录下的BARE中的portserial和porttimer文件（portevent不做任何修改）移植时可将BARE文件夹下的所有文件复制到STM32工程目录下

Modbus文件夹下的全部文件也复制到STM32的工程目录下

新建FreeModbus文件夹，用于存放移植需要用到的文件（这里最好将所有要用到的头文件和.c文件放在一起，便于后面在STM32中添加头文件路径和C文件）

打开keil工程添加modbus源码：

新建ModBus group 点击添加c文件

点击添加h文件

需要将demo.c文件下的int main()注释掉

点击编译——链接，无误后再进行下一步操作。

三、代码修改

1.portserial.c文件修改

#include "port.h"
#include "stm32l4xx_hal.h"
#include "usart.h"/* ----------------------- Modbus includes ----------------------------------*/
#include "mb.h"
#include "mbport.h"/* ----------------------- static functions ---------------------------------*/
//static void prvvUARTTxReadyISR( void );//注释掉便于在其他文件中调用
//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 == TRUE){HAL_GPIO_WritePin(RS485_DE_GPIO_Port, RS485_DE_Pin, GPIO_PIN_RESET);//__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3, UART_IT_RXNE);        // 使能接收非空中断}else {HAL_GPIO_WritePin(RS485_DE_GPIO_Port, RS485_DE_Pin, GPIO_PIN_SET);__HAL_UART_DISABLE_IT(&huart3, UART_IT_RXNE);        // 禁能接收非空中断   }if(xTxEnable == TRUE){HAL_GPIO_WritePin(RS485_DE_GPIO_Port, RS485_DE_Pin, GPIO_PIN_SET);__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3, UART_IT_TXE);            // 使能发送为空中断}else{HAL_GPIO_WritePin(RS485_DE_GPIO_Port, RS485_DE_Pin, GPIO_PIN_RESET);__HAL_UART_DISABLE_IT(&huart3, UART_IT_TXE);        // 禁能发送为空中断}}BOOL
xMBPortSerialInit( UCHAR ucPORT, ULONG ulBaudRate, UCHAR ucDataBits, eMBParity eParity )
{huart3.Instance = USART3;huart3.Init.BaudRate = ulBaudRate;huart3.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart3.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart3.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart3.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;switch(eParity){// 奇校验case MB_PAR_ODD:huart3.Init.Parity = UART_PARITY_ODD;huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_9B;            // 带奇偶校验数据位为9bitsbreak;// 偶校验case MB_PAR_EVEN:huart3.Init.Parity = UART_PARITY_EVEN;huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_9B;            // 带奇偶校验数据位为9bitsbreak;// 无校验default:huart3.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;            // 无奇偶校验数据位为8bitsbreak;}return HAL_UART_Init(&huart3) == HAL_OK ? TRUE : FALSE;}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);//使485芯片发送状态if(HAL_UART_Transmit (&huart3 ,(uint8_t *)&ucByte,1,0x01) != HAL_OK )return FALSE ;elsereturn 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);if(HAL_UART_Receive (&huart3 ,(uint8_t *)pucByte,1,0x01) != HAL_OK )return FALSE ;elsereturn TRUE;
}/* Create an interrupt handler for the transmit buffer empty interrupt 发送缓冲区空中断* (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.*/
//注释static标志，便于在其他文件中调用
//static void prvvUARTTxReadyISR( void )
{pxMBFrameCBTransmitterEmpty(  );
}/* Create an interrupt handler for the receive interrupt for your target  接收中断* processor. This function should then call pxMBFrameCBByteReceived( ). The* protocol stack will then call xMBPortSerialGetByte( ) to retrieve the* character.*/
//static
void prvvUARTRxISR( void )
{pxMBFrameCBByteReceived(  );
}

2.porttimer.c文件修改

/* ----------------------- Platform includes --------------------------------*/
#include "port.h"
#include "stm32l4xx_hal.h"
#include "tim.h"/* ----------------------- Modbus includes ----------------------------------*/
#include "mb.h"
#include "mbport.h"/* ----------------------- static functions ---------------------------------*/
//static
//  void prvvTIMERExpiredISR( void );/* ----------------------- Start implementation -----------------------------*/
BOOL
xMBPortTimersInit( USHORT usTim1Timerout50us )
{TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};htim4.Instance = TIM4;htim4.Init.Prescaler = 3199;                             // 50us记一次数htim4.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;htim4.Init.Period = usTim1Timerout50us - 1;                  // usTim1Timerout50us * 50即为定时器溢出时间htim4.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;htim4.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;if (HAL_TIM_Base_Init(&htim4) != HAL_OK){return FALSE;}sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim4, &sClockSourceConfig) != HAL_OK){return FALSE;}sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_UPDATE;sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim4, &sMasterConfig) != HAL_OK){return FALSE;}return TRUE;
}inline void
vMBPortTimersEnable(  )
{/* Enable the timer with the timeout passed to xMBPortTimersInit( ) */__HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim4,TIM_IT_UPDATE);//避免程序一上电就进入定时器中断__HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim4,TIM_IT_UPDATE);__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim4, 0);        // 清空计数器__HAL_TIM_ENABLE(&htim4);               // 使能定时器}inline void
vMBPortTimersDisable(  )
{__HAL_TIM_DISABLE(&htim4);             // 禁能定时器__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim4,0);__HAL_TIM_DISABLE_IT(&htim4,TIM_IT_UPDATE);__HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim4,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(  );
}

3.mbrtu.c文件修改

修改eMBRTUSend函数，便于第一次发送数据

eMBErrorCode
eMBRTUSend( UCHAR ucSlaveAddress, const UCHAR * pucFrame, USHORT usLength )
{eMBErrorCode    eStatus = MB_ENOERR;USHORT          usCRC16;ENTER_CRITICAL_SECTION(  );/* Check if the receiver is still in idle state. If not we where to* slow with processing the received frame and the master sent another* frame on the network. We have to abort sending the frame.*/if( eRcvState == STATE_RX_IDLE ){/* First byte before the Modbus-PDU is the slave address. */pucSndBufferCur = ( UCHAR * ) pucFrame - 1;usSndBufferCount = 1;/* Now copy the Modbus-PDU into the Modbus-Serial-Line-PDU. */pucSndBufferCur[MB_SER_PDU_ADDR_OFF] = ucSlaveAddress;usSndBufferCount += usLength;/* Calculate CRC16 checksum for Modbus-Serial-Line-PDU. */usCRC16 = usMBCRC16( ( UCHAR * ) pucSndBufferCur, usSndBufferCount );ucRTUBuf[usSndBufferCount++] = ( UCHAR )( usCRC16 & 0xFF );ucRTUBuf[usSndBufferCount++] = ( UCHAR )( usCRC16 >> 8 );/* Activate the transmitter. */eSndState = STATE_TX_XMIT;//添加代码begin//启动第一次发送，进入发送完成中断xMBPortSerialPutByte( ( CHAR )*pucSndBufferCur );pucSndBufferCur++;  /* next byte in sendbuffer. */usSndBufferCount--;//添加代码endvMBPortSerialEnable( FALSE, TRUE );}else{eStatus = MB_EIO;}EXIT_CRITICAL_SECTION(  );return eStatus;
}

4.stm32l4xx_it.c文件修改

外部声明使用到的定时器和串口

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN TD */

extern TIM_HandleTypeDef htim4;
extern UART_HandleTypeDef huart3;

/* USER CODE END TD */

添加定时器和串口中断服务函数

void TIM4_IRQHandler(void)
{HAL_NVIC_ClearPendingIRQ(TIM4_IRQn);HAL_TIM_IRQHandler(&htim4);}extern void prvvTIMERExpiredISR( void );
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{/* NOTE : This function Should not be modified, when the callback is needed,the __HAL_TIM_PeriodElapsedCallback could be implemented in the user file*/if(htim->Instance == TIM4){prvvTIMERExpiredISR( );}}extern void prvvUARTTxReadyISR(void);
extern void prvvUARTRxISR(void);void USART3_IRQHandler(void)
{if(__HAL_UART_GET_IT_SOURCE(&huart3, UART_IT_RXNE)!= RESET) {prvvUARTRxISR();//接收中断}if(__HAL_UART_GET_IT_SOURCE(&huart3, UART_IT_TXE)!= RESET) {prvvUARTTxReadyISR();//发送缓冲区空中断}HAL_NVIC_ClearPendingIRQ(USART3_IRQn);HAL_UART_IRQHandler(&huart3);
}

5.main.c文件的修改

添加头文件

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

在while循环前添加

//modbus初始化
eMBInit(MB_RTU,0x01,3,9600,MB_PAR_NONE);
eMBEnable();

在主函数中启动modbus监听

eMBPoll();

至此modbus移植通信的基本外设已完成，接下来是功能码函数的实现

四、功能码函数实现

功能码0x04

/* ----------------------- Defines ------------------------------------------*/
#define REG_INPUT_START 1000
#define REG_INPUT_NREGS 4/* ----------------------- Static variables ---------------------------------*/
static USHORT   usRegInputStart = REG_INPUT_START;
static USHORT   usRegInputBuf[REG_INPUT_NREGS];eMBErrorCode
eMBRegInputCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs )
{eMBErrorCode    eStatus = MB_ENOERR;int             iRegIndex;//例子usRegInputBuf[0] = 0x11;usRegInputBuf[1] = 0x22;usRegInputBuf[2] = 0x33;usRegInputBuf[3] = 0x44;//if( ( usAddress >= REG_INPUT_START )&& ( usAddress + usNRegs <= REG_INPUT_START + REG_INPUT_NREGS ) ){iRegIndex = ( int )( usAddress - usRegInputStart );while( usNRegs > 0 ){*pucRegBuffer++ =( unsigned char )( usRegInputBuf[iRegIndex] >> 8 );//modbus寄存器是16位*pucRegBuffer++ =( unsigned char )( usRegInputBuf[iRegIndex] & 0xFF );iRegIndex++;usNRegs--;}}else{eStatus = MB_ENOREG;}return eStatus;
}

使用modbus poll软件进行测试

连接方式设置：

串口通信（需要使用485或232转串口线）、通信参数设置与程序中一致

读写定义：

功能码0x04，寄存器地址，寄存器数量，扫描时间

然后运行程序，连接上串口，把寄存器的格式改为hex型，就能看到modbus通信成功。

功能码0x03与0x10

//保持寄存器起始地址
#define REG_HOLDING_START     0x0001
//保持寄存器数量
#define REG_HOLDING_NREGS     8
//保持寄存器内容
uint16_t usRegHoldingBuf[REG_HOLDING_NREGS] = {0x147b,0x3f8e,0x147b,0x400e,0x1eb8,0x4055,0x147b,0x408e};
//保持寄存器起始地址
uint16_t usRegHoldingStart = REG_HOLDING_START;eMBErrorCode
eMBRegHoldingCB( UCHAR * pucRegBuffer, USHORT usAddress, USHORT usNRegs, eMBRegisterMode eMode )
{eMBErrorCode    eStatus = MB_ENOERR;int             iRegIndex;if((usAddress >= REG_HOLDING_START)&&\((usAddress+usNRegs) <= (REG_HOLDING_START + REG_HOLDING_NREGS))){iRegIndex = (int)(usAddress - usRegHoldingStart);//计算偏移量switch(eMode){                                       case MB_REG_READ://读 MB_REG_READ = 0while(usNRegs > 0){*pucRegBuffer++ = (uint8_t)(usRegHoldingBuf[iRegIndex] >> 8);            *pucRegBuffer++ = (uint8_t)(usRegHoldingBuf[iRegIndex] & 0xFF); iRegIndex++;usNRegs--;                   }                            break;case MB_REG_WRITE://写 MB_REG_WRITE = 0while(usNRegs > 0){         usRegHoldingBuf[iRegIndex] = *pucRegBuffer++ << 8;usRegHoldingBuf[iRegIndex] |= *pucRegBuffer++;iRegIndex++;usNRegs--;}               }}else//错误{eStatus = MB_ENOREG;}    return eStatus;
}

！！！注意事项

1.modbus需要485芯片或者232通信芯片，如果是开发板，不要在串口转TTL上浪费时间呀

2.移植过程中一定要注意自己使用的串口号和定时器编号，一定要把所有参数都改成自己初始化使用的串口和定时器，不然可能又是浪费时间

3.浪费时间也不要紧，调试过程可以帮你更好的理解freemobus通信过程和STM32的定时器、串口的工作过程和寄存器，也算是其他的收获吧

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