软件调试总结之FreeModbus移植
在研发某个电子产品时，由于需要用到FreeModbus协议，所以对FreeModbus协议进行了系统的自我学习，包括FreeModbus协议，移植方法等内容。前段时间一直在忙于该产品开发，所以未及时的对其进行总结和归纳，现占用自我的一点休息时间将FreeModbus的移植方法、移植时遇到的一些问题及解决方法总结、归纳一下并分享给大家，借用鲁迅的“拿来主义”思想。希望大家通过阅读这篇文章，能够达到对FreeModbus协议“拿来就能用”的状态，与此同时也希望能够解答大家的一些疑惑。
一、为何采用Modbus协议，而不是自己定义协议？
Modbus是非常适合嵌入式系统应用的一个通用协议，既简洁又完善。而自己定义的嵌入式协议，一般来说扩展性不好，软件Bug也比较多。本人始终认为站在巨人的肩膀上，我们不但可以走的更远，也会走的更快（即移植成熟的代码可以减少调试时间、提高工作效率）。另外强烈建议在进行FreeModbus协议移植前，最好对FreeModbus协议有一个全面的了解，可通过查看或阅读Modbus协议说明文档了解。
二、modbus协议
为了更好的理解、移植和应用FreeModbus协议，个人觉得至少应该了解以下几点：
1、FreeModbus协议采用主从通讯方式，支持一个主机多个从机，并且遵从一发一回，不发不回的通讯原则。
2、FreeModbus协议传输方式采用“大头字节”传输方式，即是先传输高字节数据再传输低字节数据。
3、FreeModbus协议有RTU和ASCII两种通讯方式，由于RTU通讯模式的数据吞吐量比较大，所以一般会优先考虑采用RTU通讯传输模式。
4、RTU传输帧的格式是：1位起始位、8位数据位、1位校验位、1位停止位，总共11位。
5、FreeModbus协议中没有明显的开始符和结束符，而是通过帧与帧之间的间隔时间来判断的。如果在指定的时间内没有接收到新的字符数据，那么就认为收到了新的帧。
6、FreeModbus寄存器的地址分为PLC地址和协议地址，PLC地址为5位十进制数，比如40001等。协议地址是去掉PLC地址的最高位，然后减去1，比如PLC地址为40001，那么对于的协议地址为0x0000（40001为保持寄存器的地址）。同一个协议地址不同PLC寄存器地址的访问是通过功能码来区分的，所以不会存在访问冲突的问题。
7、FreeModbus协议中有线圈寄存器、离散量寄存器、保持寄存器和输入寄存器，注意：线圈和离散量寄存器是位寄存器，保持寄存器为无符号16位数据。
8、FreeModbus是一种通用的软件协议，所有不用担心是否能在带操作系统的嵌入式软件中移植使用，当然裸机的嵌入式软件也支持。
三、FreeModbus移植方法（此部分还需要添加移植图片）
下面将分步骤介绍FreeModbus协议的移植方法：
1、首先去官网下载最新的FreeModbus协议源码，本人移植的是FreeModbus-V1.5版本的。这样做的好处一方面保证源码的正确性，另一方面技术更新换代比较快，最新的源码应该是经过多次老版本源码优化的结果。
2、解压FreeModbus-V1.5，主要有demo、modbus、tools、doc四个文件夹。其中tools为上位机测试modbus程序，doc为一些说明文件。有用的是demo以及modbus。打开demo，没有看到stm32的工程文件，有一个叫BARE的文件夹，是一些不包括任何处理器的部分源代码，我们就用这个建立工程文件，并将其导入到已建的工程中。
3、FreeModbus协议的底层移植主要包括串口和定时器的移植。定时器的移植主要有定时器初始化和35uS定时中断函数等。由于FreeModbus协议一般是采用RS485通讯，所以其移植工作主要包括串口的初始化、发送和接收中断函数，RS485的发送和接收选择管脚的初始化和使能函数等。
4、FreeModbus协议的顶层函数移植主要是线圈的读写函数、离散量的读函数、输入寄存器的度函数和保持寄存器的读写函数等，当然还有一些自己编写的解析FreeModbus协议的函数。
四、常见问题及解决方法
1、最后一个字节发送不出去的问题
（1）问题现象：
FreeModbus移植完成后，首先利用串口调试助手对移植的串口通讯情况进行了检查，通过观察串口调试助手上接收到的数据发现没有最后一个字节数据（测试程序知道自己要发送的数据内容）。
（2）解决方法：
出现该问题后，首先对串口的初始化、RS485的发送和接收使能管脚的初始化进行了排查，发现的问题点1是RS485的发送接收使能管脚时钟没有配置正确，由于采用的STM32F4处理器，GPIO是挂再AHB1总线上的，所以调用APB1相关的处理来初始化时钟是不对的。出现的问题点2是本人使用的是发送寄存器空中断导致最后一个字节没有发送成功，由于当时项目比较急，只是在FreeModbus 协议的源码中稍微作了修改，实现最后一个字节的数据成功发送。修改地方见图？？？。不过在这里个人强烈建议使用串口发送和接收中断，一方面可以充分利用MCU的资源，也可以减少等待时间；发送中断最好用发送完成中断，如果使用发送寄存器空中断，还需要判断最后一个字节数据发送完成与否，否则导致最后一个字节数据发送不出去。
2、PLC地址和协议地址的问题
（1）问题现象：
FreeModbus移植完成后，利用modbus-poll软件对其进行调试时发现，利用自己编写的FreeModbus协议解析函数操作0x0001地址时，而对应变化的地址是0x0000，当时是直接把自己定义的PLC地址的高位给去掉了。
（2）解决方法：
如果您知道FreeModbus协议有PLC地址和协议地址之分，并且协议地址是PLC地址的高位去掉后再减去1的话，那么这个问题就不是个什么问题。
3、assert()函数未定义报错的问题
（1）问题现象：
FreeModbus移植完成后，就直接在Keil软件中对整个工程文件进行编译，编译后提示assert（）未定义。
（2）解决方法：
由于之前未遇到过此类问题，所以去百度上搜索了一下，最后经过验证出现此类问题的原因是MicroLib不支assert()函数，即是工程文件使用了微库，在target中钩掉USE MicroLIB后再次编译通过。
五、总结
通过此次移植FreeModbus协议，并完成对其的调试，经过反思觉得自己还有不足的地方，现就反思的解决问题思路进行一下归纳和总结，希望对大家有所帮助。解决问题的思路是：采用先发散后收敛的问题解决思维方式，发散就是头脑风暴进行各种假设，收敛即是对出现该问题的各种假设进行验证，逐一排查，验证方法是采用剥洋葱式思维。利用Keil的在线调试技术进行在线实时调试，根据调试中各个函数返回的错误码进行问题排查，进而找到问题的根源，最后把问题解决掉。此次移植FreeModbus协议的解决问题心得是：不要一味的假设，还需要进行验证，而验证最好的助手就是仪器仪表，另外能用示波器的地方尽量不用万用表，因为通过示波器能够观看到信号变化的整个过程，而万用表做不到。
