Modbus TCP示例

本示例演示如何在 W6300 上通过 Modbus TCP 协议实现工业通信。开发板作为 Modbus TCP 服务器监听 502 端口，PC 上的 Modbus Poll 作为客户端发起读线圈请求，验证 Modbus TCP 报文交互。

开始本例程前，请确认以下工具已安装：

• WIZ UartTool V1.0：串口调试工具：点击下载
• Modbus Poll：Modbus 主机模拟工具，用于测试 Modbus TCP 通信：点击下载

Modbus TCP 是一种基于以太网的通信协议，它是经典 Modbus 协议的扩展。它使用 TCP/IP 协议栈进行通信，运行在 OSI 模型的传输层（TCP 层）之上，数据通过 TCP 端口 502 传输，采用主从架构。Modbus 协议最初由 Modicon 公司在 1979 年开发，广泛应用于工业自动化系统，用于实现不同设备之间的数据通信。Modbus TCP 结合了 Modbus 协议的简单性和以太网的高效性，是一种开放、标准化且广泛使用的工业通信协议。

Modbus TCP 报文由以下几个部分组成：

1. Micro USB 线连接 DEBUG USB 口到 PC（供电 + 调试串口）
2. 网线连接开发板 RJ45 网口 到路由器/交换机 LAN 口，PC 也接入同一网络

工程核心文件如下：

Modbus_TCP/
├── main.c                    ← 系统入口：串口、GPIO、QSPI 初始化 + user_run()
└── USER/
    ├── user_main.c           ← 网络地址定义 + 主循环
    ├── mbtcp.c/h             ← do_Modbus() 薄封装，调用 server 层
    ├── modbus_tcp_server.c/h ← Modbus TCP 服务器状态机 + 报文收发
    ├── modbus_tcp_protocol.c/h ← Modbus TCP 报文解析与响应组装
    ├── wiz_platform.c/h      ← 平台适配：debug_usart_init、wizchip_gpio_init、hspi_init
    └── wiz_interface.c/h     ← W6300 驱动接口：wizchip_initialize、network_init、PHY 检测、软件定时器

文件：USER/user_main.c — 在循环中不断执行 do_Modbus() 函数，处理 Modbus TCP 通信。

while (1)
{
    do_Modbus(SOCKET_ID);
}

do_Modbus() 是薄封装：首次调用时初始化服务器，之后每轮调用 modbus_tcp_server_run()。

void do_Modbus(uint8_t sn)
{
    if ((s_modbus_initialized == 0U) || (s_modbus_socket != sn))
    {
        if (modbus_tcp_server_init(sn) < 0)
        {
            return;
        }

        s_modbus_socket = sn;
        s_modbus_initialized = 1U;
    }

    modbus_tcp_server_run();
}

文件：USER/modbus_tcp_server.c — modbus_tcp_server_run() 依据 socket 状态执行相应操作：SOCK_CLOSED 时以非阻塞模式打开 socket；SOCK_INIT 时进入监听；SOCK_ESTABLISHED / SOCK_CLOSE_WAIT 时处理报文收发。接收数据后校验 MBAP 头并交给协议层处理，响应通过 send_pending 发送。

switch (status)
{
    case SOCK_CLOSED:
        result = socket(s_modbus_socket, Sn_MR_TCP4, local_port, SF_IO_NONBLOCK);
        if (result == (int8_t)s_modbus_socket)
        {
            io_mode = SOCK_IO_NONBLOCK;
            if (ctlsocket(s_modbus_socket, CS_SET_IOMODE, &io_mode) != SOCK_OK)
            {
                modbus_server_schedule_reopen();
            }
        }
        break;

    case SOCK_INIT:
        result = listen(s_modbus_socket);
        if (result == SOCK_OK)
        {
            if (s_listen_reported == 0U)
            {
                getSIPR(local_ip);
                printf("Listening on %u.%u.%u.%u:%u\r\n",
                       local_ip[0], local_ip[1], local_ip[2], local_ip[3], local_port);
                s_listen_reported = 1U;
            }
        }
        break;

    case SOCK_ESTABLISHED:
    case SOCK_CLOSE_WAIT:
        modbus_server_process_connection(status);
        break;

    default:
        modbus_server_schedule_reopen();
        break;
}

modbus_server_process_connection() 中先调用 modbus_server_receive() 接收数据并校验 MBAP 头，再调用 modbus_tcp_protocol_process_adu() 生成响应，最后由 modbus_server_send_pending() 发送。每次收发报文都会通过 modbus_server_log_frame() 打印十六进制内容。

打开 WIZ UartTool V1.0，连接 DEBUG USB 对应 COM 口（115200 / 8N1）。烧录例程运行后，首先可以看到 PHY 链路检测，然后打印网络地址信息，接着开始监听 502 端口。预期串口输出如下：

MH2457 W6300 QSPI example start
W6300 TCP Modbus Server example
PHY link
The current Mbtis speed : 100Mbps
The current Duplex Mode : Full-Duplex
DHCP running
DHCP success!
====================================================================================================
 W6300 network configuration : DHCP

 MAC         : 00:08:DC:72:30:29
 IP          : 192.168.2.29
 Subnet Mask : 255.255.255.0
 Gateway     : 192.168.2.1
 DNS         : 192.168.2.1
====================================================================================================

Listening on 192.168.2.29:502

接着使用 Modbus Poll 工具进行测试：

• F3 连接设置：Connection → Modbus TCP/IP，Remote IP 填 W6300 的 IP（本例为 192.168.2.29），Port 填 502，Slave ID 填 1，点击 OK。
• F8 读写定义：Function 选 01 Read Coils，Address 填 0，Quantity 填 1，开启读取轮询，可以看到不断读取线圈状态。

本文实现了 W6300 通过 Modbus TCP 协议作为服务器与客户端通信的完整流程：

• 协议基础：Modbus TCP 基于 TCP/IP，运行在 502 端口，采用主从架构，报文包含事务/协议/长度标识、单元标识符、功能码和数据部分
• 分层结构：do_Modbus() 薄封装 → modbus_tcp_server_run() 状态机 → modbus_tcp_protocol_process_adu() 协议处理
• 状态机处理：依据 socket 状态（CLOSED→INIT→LISTEN→ESTABLISHED）执行监听、连接和报文收发，中间态设有超时重开机制
• 报文收发：接收数据到缓冲区，校验 MBAP 头后交给协议层处理，响应通过 send_pending 发送，每次收发都打印十六进制日志
• 测试验证：配合 Modbus Poll 工具（F3 设置连接、F8 开启读线圈轮询）即可完成读线圈功能验证