MODBUS&UART&CAN

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2025-05-27

MODBUS&UART&CAN&GPIO

MODBUD RTU

这是一种二进制的单主多从的传输协议。

一些重要的概念 ：

ADU:应用数据单元
PDU:协议数据单元
MSB：最高有效位
LSB:最低有效位

在RTU模式里里面，消息的发送和接受至少间隔3.5个字符时间，字符时间和波特率（1秒种能传输的字节数量），如果在这时间之外的所有情况，都将被丢弃。

0:表示广播，除此之外均只有指定的从站才能回应

功能码域：
03：读保持寄存器、04：读输入寄存器、06：预置单个保持寄存器
CRC:
即循环冗余校验：
用于在接受方接受之前进行正确性的校验，常见的有奇偶校验、因特网校验、循环冗余校验。

modbus-crc16 校验原理

注释

需要一个0xFFFF的寄存器
把一个8位的二进制数据，和CRC的低八位进行异或，把结果存储到寄存器.
CRC右移动过一位，高位补0，如果移除的是1，那么就和多项式A001进行异或
重复步骤3、4，直到8此，处理完整个通信信息帧的数据
重复2、5处理通信帧的下一个字节。
计算完成之后将CRC的高位和低位交换。

//举个例子
unsigned short CR =0xFFFF;
unsigned short RET =0;
for(auto& message:messages)
{
    CR = message ^ CR;//[!code hitght] 第二步
    for(int i=0;i<8;i++)
    {
        if(CR&0x01)//先检验最后一位是不是1
        {
            //进行第三步
            CR =CR>>1;
            CR = CR ^0xA001;
        }
        else
        {
            CR = CR>>1;
        }
    }//进行4
}//进行5

//进行6
RET = CR>>8;
RET = RET |(CR<<8);
return RET;

GPIO

General Purpose input/output:

可以编程控制对应格式引脚的工作模式，也可以编程控制它的电压高低等等，从而使实现设备控制。

提醒

GPIO有八种模式

输入模式 -> 输入浮空、输入上拉、输入下拉、模拟输入
输出模式->开漏输出、开漏复用功能、推挽输出、推挽复用功能

[详细介绍-GPIO](GPIO详解 - 一步一磕头的菜鸡 - 博客园)

利用文件io的方式操作GPIO

通知

/sys/class/gpio/export文件用于通知系统需要导出控制的GPIO引脚编号
/sys/class/gpio/unexport用于通知系统取消导出
/sys/class/gpio/gpiochipX目录保存系统中GPIO寄存器的信息，包括每个寄存器控制引脚的起始编号base，寄存器名称，引脚总数

计算过程：

计算引脚编号=控制引脚的寄存器基数+控制引脚寄存器的位数
向/sys/class/gpio/export写入编号
direction文件，定义输入方向，direction接受的参数：in,out,high,low。
value文件是端口的数值，为1或者为0。

uart

:::tips struct termios

成员	作用
`c_cflag`	控制模式标志（Control Flags），设置硬件参数：波特率、数据位、停止位、流控制等。
`c_iflag`	输入模式标志（Input Flags），控制输入数据的预处理（如字符转换、软件流控制等）。
`c_oflag`	输出模式标志（Output Flags），控制输出数据的处理（如换行符转换）。
`c_lflag`	本地模式标志（Local Flags），控制终端的本地行为（如回显、信号处理）。
`c_cc`	控制字符数组（Control Characters），定义特殊字符（如 `Ctrl+C`）和非规范模式下的超时参数。
`c_ispeed`	输入波特率（Input Baud Rate）。
`c_ospeed`	输出波特率（Output Baud Rate）。

:::

c_cc是一个unsigned char 类型的数组，用于定义终端控制字符和非规范模式下面的超时参数。
VINTR Ctrl+C 发送 SIGINT 信号（中断进程）。
VQUIT Ctrl+\ 发送 SIGQUIT 信号（退出进程并生成核心转储）。
VERASE Backspace 删除前一个字符。
VKILL Ctrl+U 删除整行输入。
VEOF Ctrl+D 表示文件结束（End-of-File）。
VTIME - 非规范模式专用：读取超时时间（单位：100ms）。
VMIN - 非规范模式专用：最少读取字符数。

`VINTR`	`Ctrl+C`	发送 `SIGINT` 信号（中断进程）。
`VQUIT`	`Ctrl+\`	发送 `SIGQUIT` 信号（退出进程并生成核心转储）。
`VERASE`	`Backspace`	删除前一个字符。
`VKILL`	`Ctrl+U`	删除整行输入。
`VEOF`	`Ctrl+D`	表示文件结束（End-of-File）。
`VTIME`	-	非规范模式专用：读取超时时间（单位：100ms）。
`VMIN`	-	非规范模式专用：最少读取字符数。

open uart

#include<fcntl.h>
#include<unisted.h>
int main()
{
    const char * device = "/dev/tty";//这个地方的是表示串口设备的路径
    if fd =open (device ,O_RDWR|O_NOCTTY);
    //O_NOCTTY 不会让打开的文件成为该进程的控制终端
    //O_NDELAY:不关心DCD信号线所处的状态、如果不指定这个标志，进程会一直处于睡眠状态，直到DCD信号线被激活。
    if(fd<0)
    {
        perror("无法打开串口");
        return -1;
    }
}

ioctl

#include<termios.h>
//里面有一个termio结构体
//通过ictol系统调用可以操作DTR引脚的电平状态
#include<sys/ioctl.h>
int ioctl (int fd , usigned ling request,...);
//成功返回零，一些会返回一个有意义的值来表示成功，并以-1表示失败同时设置errno。
// The second argument is a device-dependent request code . the third argument is an nuntyped pointer to memory. 


if(ioctl(fd,TIOCMBIS,&TICOM_DTR)<0)//拉低DTR
{
    perror("ioctl(TIOCMBIS) 失败");
    close(fd);
    return -1;
}

termios

#include <termios.h>

struct termios options;

// 获取当前串口配置
if (tcgetattr(fd, &options) < 0) {
    perror("tcgetattr 失败");
    close(fd);
    return -1;
}

// 设置输入输出波特率为 115200
cfsetispeed(&options, B115200);  // 输入波特率
cfsetospeed(&options, B115200);  // 输出波特率

//修改控制标志
options.c_cflag | = CLOCAL;//忽略调制器控制信号，强制本地链接。
options.c_cflag | = CREAD;//启用接受功能
options.c_cflag & = ~PARENB;//禁用校验位
options.c_cfalg & = ~CSTOPB;//设置停止位
options.c_cfalg & = ~CSIZE;//清楚数据位长度标志
options.c_cfalg | = CS8;//设置数据位8位
{
    options.c_cflag | = PARENB;//启用校验位（奇偶）
    options.c_cflag & = ~PARODD;//关闭奇校验
    options.c_iflag |=INPCK ;//启用输入奇偶校验
}
//CSTOPB 设置停止位默认是1

//CRTSCTS启用RTS/CTS硬件流控制

//IXON IXOFF IXANY 软件流控制，允许发送发通过XOFF暂停，XON恢复发送

//IXOFF允许接受方发送XOFF通知发送方暂停

//ICSNY允许通过任意字符恢复

// 应用配置
if (tcsetattr(fd, TCSANOW, &options) < 0) {
    perror("tcsetattr 失败");
    close(fd);
    return -1;
}

c_cflag (硬件参数：波特率，数据位，校验位，流控制)

标志位	作用
`CLOCAL`	忽略调制解调器控制信号（如 DCD），强制本地连接。
`CREAD`	启用接收功能（必须设置，否则无法读取数据）。
`CSIZE`	数据位长度掩码（需与 `CS5`、`CS6`、`CS7`、`CS8` 结合使用）。
`CS5`-`CS8`	设置数据位长度（5-8 位）。
`CSTOPB`	设置停止位：`0`=1位，`1`=2位。
`PARENB`	启用奇偶校验位。
`PARODD`	奇校验（需与 `PARENB` 一起设置）；若未设置则为偶校验。
`CRTSCTS`	启用 RTS/CTS 硬件流控制。
`HUPCL`	关闭设备时自动挂断（拉低 DTR 信号）。

c_iflag（输入数据的预处理）

标志位	作用
`IGNBRK`	忽略 BREAK 条件（如连续低电平）。
`BRKINT`	BREAK 条件会触发 `SIGINT` 信号（需与 `IGNBRK` 互斥）。
`IGNPAR`	忽略奇偶校验错误的数据帧。
`PARMRK`	标记奇偶校验错误（在错误字节前添加 `\377\0`）。
`INPCK`	启用输入奇偶校验检查（需同时启用 `PARENB`）。
`ISTRIP`	将输入字符截断为 7 位（通常禁用）。
`INLCR`	将接收到的换行符 `\n` 转换为回车符 `\r`。
`IGNCR`	忽略接收到的回车符 `\r`。
`ICRNL`	将接收到的回车符 `\r` 转换为换行符 `\n`（常用于终端兼容）。
`IXON`	启用输出软件流控制（XON/XOFF）。
`IXOFF`	启用输入软件流控制（XON/XOFF）。
`IXANY`	允许任意字符恢复被暂停的输出（默认需 `XON`）。

c_lflag （终端交互的行为）

标志位	作用
`ICANON`	启用规范模式（行缓冲输入，逐行处理数据）。
`ECHO`	回显输入字符（如用户在终端输入时显示字符）。
`ECHOE`	在规范模式下，退格键（`ERASE`）会擦除屏幕上的字符。
`ECHOK`	在规范模式下，`KILL` 字符会擦除整行。
`ECHONL`	回显换行符（即使 `ECHO` 被禁用）。
`ISIG`	启用终端信号（如 `Ctrl+C` 发送 `SIGINT`，`Ctrl+Z` 发送 `SIGTSTP`）。
`IEXTEN`	启用扩展功能（如 `Ctrl+V` 字面输入）。
`NOFLSH`	禁止在接收到 `SIGINT` 或 `SIGQUIT` 时清空输入输出队列。
`TOSTOP`	后台进程尝试写终端时发送 `SIGTTOU` 信号。

c_oflag

标志位	作用
`OPOST`	启用输出处理（如换行符转换）。若禁用，输出为原始数据。
`ONLCR`	将换行符 `\n` 转换为回车换行 `\r\n`。
`OCRNL`	将回车符 `\r` 转换为换行符 `\n`。
`ONLRET`	忽略回车符 `\r`。