IoTClient開發4 - ModBusTcp協議服務端模擬

前言

上篇我們實現了ModBusTcp協議的客戶端讀寫，可是在很多時候編寫業務代碼之前是沒有現場環境的。總不能在客戶現場去寫代碼，或是蒙着眼睛寫然后求神拜佛不出錯，又或是在辦公室部署一套硬件環境。怎么說都感覺不太合適，如果我們能用軟件仿真模擬硬件那不就完美了，以后有各種不同的硬件協議接口都模擬出來，而不是每個硬件都買一套回來部署了做測試。
真要用軟件仿真模擬也是可以的，客戶端是對協議的請求報文發送和響應報文的解析，服務端其實就是請求報文的接收和響應報文的發送，正好和客戶端的動作相反。
前面我們在寫你也可以寫個聊天程序 - C# Socket學習1的時候就有寫Socket服務端實現，其實這個也差不了多少。

ModBusTcp報文分析(上篇拷貝過來的，方便下面代碼實現的時候做對比)

協議的理解和實現主要就是要對協議報文理解。（注意：以下報文數據都是十六進制）

數據【讀取-請求報文】：19 B2 00 00 00 06 02 03 00 04 00 01

• 19 B2 是客戶端發的檢驗信息，隨意定義。
• 00 00 代表是基於tcp/ip協議的modbus
• 00 06 標識后面還有多長的字節
• 02 表示站號地址
• 03 為功能碼（讀保持寄存器）
• 00 04 為寄存器地址
• 00 01 為寄存器的長度(寄存器個數)

數據【讀取-響應報文】（分兩次獲取）

第一次獲取前八個字節（Map報文頭）：19 B2 00 00 00 05 02 03 02 00 20

• 19 B2 檢驗驗證信息(復制的客戶端發的，配件檢驗)
• 00 00 代表是基於tcp/ip協議的modbus(復制的客戶端發的)
• 00 05 為當前位置到最后的長度
• 02 表示站號地址(復制的客戶端發的)
• 03 為功能碼(復制的客戶端發的)

第二次獲取的報文：02 00 20

• 02 字節個數
• 00 20 響應的數據

數據【寫入-請求報文】：19 B2 00 00 00 09 02 10 00 04 00 01 02 00 20

• 19 B2 是客戶端發的檢驗信息，隨意定義。
• 00 00 代表是基於tcp/ip協議的modbus
• 00 09 從本字節下一個到最后
• 02 站號
• 10 功能碼（轉十進制就是16）
• 00 04 寄存器地址
• 00 01 寄存器的長度(寄存器個數)
• 02 寫字節的個數
• 00 20 要寫入的值（轉十進制為32）

數據【寫入-響應報文】：19 B2 00 00 00 06 02 10 00 04 00 01

和請求報文的區別

• 沒有了請求報文的數據值
• 00 09 變成了00 06 因為報文長度變了
• 其他的報文意義和請求報文一致

實現

//啟動服務
public void Start()
{
    //1 創建Socket對象
    var socketServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

    //2 綁定ip和端口 
    IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 502);
    socketServer.Bind(ipEndPoint);

    //3、開啟偵聽(等待客戶機發出的連接),並設置最大客戶端連接數為10
    socketServer.Listen(10);

    Task.Run(() => { Accept(socketServer); });
}

//客戶端連接到服務端
void Accept(Socket socket)
{
    while (true)
    {
        //阻塞等待客戶端連接
        Socket newSocket = socket.Accept();
        Task.Run(() => { Receive(newSocket); });
    }
}

以上都和我們前面的一樣，這了不一樣的地方就是對請求報文的解析和響應報文的組裝發送

//接收客戶端發送的消息
void Receive(Socket newSocket)
{
    while (newSocket.Connected)
    {
        byte[] requetData1 = new byte[8];
        //讀取客戶端發送報文 報文頭
        int readLeng = newSocket.Receive(requetData1, 0, requetData1.Length, SocketFlags.None);
        byte[] requetData2 = new byte[requetData1[5] - 2];
        //讀取客戶端發送報文 報文數據
        readLeng = newSocket.Receive(requetData2, 0, requetData2.Length, SocketFlags.None);
        var requetData = requetData1.Concat(requetData2).ToArray();

        byte[] responseData1 = new byte[8];
        //復制請求報文中的報文頭
        Buffer.BlockCopy(requetData, 0, responseData1, 0, responseData1.Length);
        //這里可以自己實現一個對象，用來存儲客戶端寫入的數據（也可以用redis等實現數據的持久化）
        DataPersist data = new DataPersist("");

        //根據協議，報文的第八個字節是功能碼（前面我們有說過 03：讀保持寄存器  16：寫多個寄存器）
        switch (requetData[7])
        {
            //讀保持寄存器
            case 3:
                {
                    var value = data.Read(requetData[9]);
                    short.TryParse(value, out short resultValue);
                    var bytes = BitConverter.GetBytes(resultValue);
                    //當前位置到最后的長度
                    responseData1[5] = (byte)(3 + bytes.Length);
                    byte[] responseData2 = new byte[3] { (byte)bytes.Length, bytes[1], bytes[0] };
                    var responseData = responseData1.Concat(responseData2).ToArray();
                    newSocket.Send(responseData);
                }
                break;
            //寫多個寄存器
            case 16:
                {
                    data.Write(requetData[9], requetData[requetData.Length - 1].ToString());
                    var responseData = new byte[12];
                    Buffer.BlockCopy(requetData, 0, responseData, 0, responseData.Length);
                    responseData[5] = 6;
                    newSocket.Send(responseData);
                }
                break;
        }
    }
}

這段要點就是根據請求報文獲得功能碼，然后對報文數據進行讀取或寫入動作。當然你完全可以對寫入的數據進行持久化存儲（如用redis），這樣在斷電或重啟后數據依然可以正常讀取。
當然，以上只是個類偽代碼，為了減少代碼量和方便理解，很多情況和實際可能性沒有做對應的處理。

IoTClient中ModBusTcp協議的使用

安裝

Nuget安裝 Install-Package IoTClient
或圖形化安裝

使用

//1、實例化客戶端 - 輸入正確的IP和端口
ModBusTcpClient client = new ModBusTcpClient("127.0.0.1", 502);

//2、寫操作 - 參數依次是：地址 、值 、站號 、功能碼
client.Write("4", (short)33, 2, 16);
client.Write("4", (short)3344, 2, 16);

//3、讀操作 - 參數依次是：地址 、站號 、功能碼
var value = client.ReadInt16("4", 2, 3).Value;
var value2 = client.ReadInt32("4", 2, 3).Value;

//4、如果沒有主動Open，則會每次讀寫操作的時候自動打開自動和關閉連接，這樣會使讀寫效率大大減低。所以建議手動Open和Close。
client.Open();

//5、讀寫操作都會返回操作結果對象Result
var result = client.ReadInt16("4", 2, 3);
//5.1 讀取是否成功（true或false）
var isSucceed = result.IsSucceed;
//5.2 讀取失敗的異常信息
var errMsg = result.Err;
//5.3 讀取操作實際發送的請求報文
var requst  = result.Requst;
//5.4 讀取操作服務端響應的報文
var response = result.Response;
//5.5 讀取到的值
var value3 = result.Value;

結束

• 同步至索引目錄：《物聯網基礎組件IoTClient開發系列》
• demo：https://github.com/zhaopeiym/BlogDemoCode
• 完整實現：https://github.com/zhaopeiym/IoTClient