IoTClient开发4 - ModBusTcp协议服务端模拟

前言

上篇我们实现了ModBusTcp协议的客户端读写，可是在很多时候编写业务代码之前是没有现场环境的。总不能在客户现场去写代码，或是蒙着眼睛写然后求神拜佛不出错，又或是在办公室部署一套硬件环境。怎么说都感觉不太合适，如果我们能用软件仿真模拟硬件那不就完美了，以后有各种不同的硬件协议接口都模拟出来，而不是每个硬件都买一套回来部署了做测试。
真要用软件仿真模拟也是可以的，客户端是对协议的请求报文发送和响应报文的解析，服务端其实就是请求报文的接收和响应报文的发送，正好和客户端的动作相反。
前面我们在写你也可以写个聊天程序 - C# Socket学习1的时候就有写Socket服务端实现，其实这个也差不了多少。

ModBusTcp报文分析(上篇拷贝过来的，方便下面代码实现的时候做对比)

协议的理解和实现主要就是要对协议报文理解。（注意：以下报文数据都是十六进制）

数据【读取-请求报文】：19 B2 00 00 00 06 02 03 00 04 00 01

• 19 B2 是客户端发的检验信息，随意定义。
• 00 00 代表是基于tcp/ip协议的modbus
• 00 06 标识后面还有多长的字节
• 02 表示站号地址
• 03 为功能码（读保持寄存器）
• 00 04 为寄存器地址
• 00 01 为寄存器的长度(寄存器个数)

数据【读取-响应报文】（分两次获取）

第一次获取前八个字节（Map报文头）：19 B2 00 00 00 05 02 03 02 00 20

• 19 B2 检验验证信息(复制的客户端发的，配件检验)
• 00 00 代表是基于tcp/ip协议的modbus(复制的客户端发的)
• 00 05 为当前位置到最后的长度
• 02 表示站号地址(复制的客户端发的)
• 03 为功能码(复制的客户端发的)

第二次获取的报文：02 00 20

• 02 字节个数
• 00 20 响应的数据

数据【写入-请求报文】：19 B2 00 00 00 09 02 10 00 04 00 01 02 00 20

• 19 B2 是客户端发的检验信息，随意定义。
• 00 00 代表是基于tcp/ip协议的modbus
• 00 09 从本字节下一个到最后
• 02 站号
• 10 功能码（转十进制就是16）
• 00 04 寄存器地址
• 00 01 寄存器的长度(寄存器个数)
• 02 写字节的个数
• 00 20 要写入的值（转十进制为32）

数据【写入-响应报文】：19 B2 00 00 00 06 02 10 00 04 00 01

和请求报文的区别

• 没有了请求报文的数据值
• 00 09 变成了00 06 因为报文长度变了
• 其他的报文意义和请求报文一致

实现

//启动服务
public void Start()
{
    //1 创建Socket对象
    var socketServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

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

    //3、开启侦听(等待客户机发出的连接),并设置最大客户端连接数为10
    socketServer.Listen(10);

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

//客户端连接到服务端
void Accept(Socket socket)
{
    while (true)
    {
        //阻塞等待客户端连接
        Socket newSocket = socket.Accept();
        Task.Run(() => { Receive(newSocket); });
    }
}

以上都和我们前面的一样，这了不一样的地方就是对请求报文的解析和响应报文的组装发送

//接收客户端发送的消息
void Receive(Socket newSocket)
{
    while (newSocket.Connected)
    {
        byte[] requetData1 = new byte[8];
        //读取客户端发送报文 报文头
        int readLeng = newSocket.Receive(requetData1, 0, requetData1.Length, SocketFlags.None);
        byte[] requetData2 = new byte[requetData1[5] - 2];
        //读取客户端发送报文 报文数据
        readLeng = newSocket.Receive(requetData2, 0, requetData2.Length, SocketFlags.None);
        var requetData = requetData1.Concat(requetData2).ToArray();

        byte[] responseData1 = new byte[8];
        //复制请求报文中的报文头
        Buffer.BlockCopy(requetData, 0, responseData1, 0, responseData1.Length);
        //这里可以自己实现一个对象，用来存储客户端写入的数据（也可以用redis等实现数据的持久化）
        DataPersist data = new DataPersist("");

        //根据协议，报文的第八个字节是功能码（前面我们有说过 03：读保持寄存器  16：写多个寄存器）
        switch (requetData[7])
        {
            //读保持寄存器
            case 3:
                {
                    var value = data.Read(requetData[9]);
                    short.TryParse(value, out short resultValue);
                    var bytes = BitConverter.GetBytes(resultValue);
                    //当前位置到最后的长度
                    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;
            //写多个寄存器
            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;
        }
    }
}

这段要点就是根据请求报文获得功能码，然后对报文数据进行读取或写入动作。当然你完全可以对写入的数据进行持久化存储（如用redis），这样在断电或重启后数据依然可以正常读取。
当然，以上只是个类伪代码，为了减少代码量和方便理解，很多情况和实际可能性没有做对应的处理。

IoTClient中ModBusTcp协议的使用

安装

Nuget安装 Install-Package IoTClient
或图形化安装

使用

//1、实例化客户端 - 输入正确的IP和端口
ModBusTcpClient client = new ModBusTcpClient("127.0.0.1", 502);

//2、写操作 - 参数依次是：地址 、值 、站号 、功能码
client.Write("4", (short)33, 2, 16);
client.Write("4", (short)3344, 2, 16);

//3、读操作 - 参数依次是：地址 、站号 、功能码
var value = client.ReadInt16("4", 2, 3).Value;
var value2 = client.ReadInt32("4", 2, 3).Value;

//4、如果没有主动Open，则会每次读写操作的时候自动打开自动和关闭连接，这样会使读写效率大大减低。所以建议手动Open和Close。
client.Open();

//5、读写操作都会返回操作结果对象Result
var result = client.ReadInt16("4", 2, 3);
//5.1 读取是否成功（true或false）
var isSucceed = result.IsSucceed;
//5.2 读取失败的异常信息
var errMsg = result.Err;
//5.3 读取操作实际发送的请求报文
var requst  = result.Requst;
//5.4 读取操作服务端响应的报文
var response = result.Response;
//5.5 读取到的值
var value3 = result.Value;

结束

• 同步至索引目录：《物联网基础组件IoTClient开发系列》
• demo：https://github.com/zhaopeiym/BlogDemoCode
• 完整实现：https://github.com/zhaopeiym/IoTClient