本文已收录至:开源 DotNetty 实现的 Modbus TCP/IP 协议

Client

public class ModbusClient
{
public string Ip { get; }
public int Port { get; }
public short UnitIdentifier { get; }
public IChannel Channel { get; private set; } private MultithreadEventLoopGroup group;
private ConnectionState connectionState;
private ushort transactionIdentifier;
private readonly string handlerName = "response"; public ModbusClient(short unitIdentifier, string ip, int port = 502)
{
Ip = ip;
Port = port;
UnitIdentifier = unitIdentifier; connectionState = ConnectionState.NotConnected;
} public async Task Connect()
{
group = new MultithreadEventLoopGroup(); try
{
var bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap
.Group(group)
.Channel<TcpSocketChannel>()
.Option(ChannelOption.TcpNodelay, true)
.Handler(new ActionChannelInitializer<ISocketChannel>(channel =>
{
IChannelPipeline pipeline = channel.Pipeline; pipeline.AddLast("encoder", new ModbusEncoder());
pipeline.AddLast("decoder", new ModbusDecoder(false)); pipeline.AddLast(handlerName, new ModbusResponseHandler());
})); connectionState = ConnectionState.Pending; Channel = await bootstrap.ConnectAsync(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(Ip), Port)); connectionState = ConnectionState.Connected;
}
catch (Exception exception)
{
throw exception;
}
} public async Task Close()
{
if (ConnectionState.Connected == connectionState)
{
try
{
await Channel.CloseAsync();
}
finally
{
await group.ShutdownGracefullyAsync(TimeSpan.FromMilliseconds(100), TimeSpan.FromSeconds(1)); connectionState = ConnectionState.NotConnected;
}
}
} public ushort CallModbusFunction(ModbusFunction function)
{
if (ConnectionState.Connected != connectionState || Channel == null)
{
throw new Exception("Not connected!");
} SetTransactionIdentifier(); ModbusHeader header = new ModbusHeader(transactionIdentifier, UnitIdentifier);
ModbusFrame frame = new ModbusFrame(header, function);
Channel.WriteAndFlushAsync(frame); return transactionIdentifier;
} public T CallModbusFunctionSync<T>(ModbusFunction function) where T : ModbusFunction
{
var transactionIdentifier = CallModbusFunction(function); var handler = (ModbusResponseHandler)Channel.Pipeline.Get(handlerName);
if (handler == null)
{
throw new Exception("Not connected!");
} return (T)handler.GetResponse(transactionIdentifier).Function;
} private void SetTransactionIdentifier()
{
if (transactionIdentifier < ushort.MaxValue)
{
transactionIdentifier++;
}
else
{
transactionIdentifier = 1;
}
} public ushort ReadHoldingRegistersAsync(ushort startingAddress, ushort quantity)
{
var function = new ReadHoldingRegistersRequest(startingAddress, quantity);
return CallModbusFunction(function);
} public ReadHoldingRegistersResponse ReadHoldingRegisters(ushort startingAddress, ushort quantity)
{
var function = new ReadHoldingRegistersRequest(startingAddress, quantity);
return CallModbusFunctionSync<ReadHoldingRegistersResponse>(function);
}
} public enum ConnectionState
{
NotConnected = 0,
Connected = 1,
Pending = 2,
}

(文中代码仅添加了 0x03 的方法)

在 Client 中封装了 Modbus 请求方法,对同一个功能同时有同步方法(ReadHoldingRegistersAsync)和异步方法(ReadHoldingRegisters)。同步方法仅返回 TransactionIdentifier(传输标识),异步方法返回响应结果。

ModbusResponseHandler 修改为:

public class ModbusResponseHandler : SimpleChannelInboundHandler<ModbusFrame>
{
private readonly int timeoutMilliseconds = 2000;
private Dictionary<ushort, ModbusFrame> responses = new Dictionary<ushort, ModbusFrame>();
protected override void ChannelRead0(IChannelHandlerContext ctx, ModbusFrame msg)
{
responses.Add(msg.Header.TransactionIdentifier, msg);
} public ModbusFrame GetResponse(ushort transactionIdentifier)
{
ModbusFrame frame = null;
var timeoutDateTime = DateTime.Now.AddMilliseconds(timeoutMilliseconds);
do
{
Thread.Sleep(1);
if (responses.ContainsKey(transactionIdentifier))
{
frame = responses[transactionIdentifier];
responses.Remove(transactionIdentifier);
}
}
while (frame == null && DateTime.Now < timeoutDateTime); if(frame == null)
{
throw new Exception("No Response");
}
else if(frame.Function is ExceptionFunction)
{
throw new Exception(frame.Function.ToString());
} return frame;
} public override void ExceptionCaught(IChannelHandlerContext context, Exception exception)
{
context.CloseAsync();
}
}

Server

public class ModbusServer
{
private ModbusResponseService responseService;
private ServerState serverState;
public int Port { get; }
public IChannel Channel { get; private set; }
private IEventLoopGroup bossGroup;
private IEventLoopGroup workerGroup;
public ModbusServer(ModbusResponseService responseService, int port = 502)
{
this.responseService = responseService;
Port = port;
serverState = ServerState.NotStarted;
} public async Task Start()
{
bossGroup = new MultithreadEventLoopGroup(1);
workerGroup = new MultithreadEventLoopGroup(); try
{
var bootstrap = new ServerBootstrap();
bootstrap.Group(bossGroup, workerGroup); bootstrap
.Channel<TcpServerSocketChannel>()
.Option(ChannelOption.SoBacklog, 100)
.ChildHandler(new ActionChannelInitializer<IChannel>(channel =>
{
IChannelPipeline pipeline = channel.Pipeline;
pipeline.AddLast("encoder", new ModbusEncoder());
pipeline.AddLast("decoder", new ModbusDecoder(true)); pipeline.AddLast("request", new ModbusRequestHandler(responseService));
})); serverState = ServerState.Starting; Channel = await bootstrap.BindAsync(Port); serverState = ServerState.Started;
}
finally
{ }
} public async Task Stop()
{
if (ServerState.Starting == serverState)
{
try
{
await Channel.CloseAsync();
}
finally
{
await Task.WhenAll(
bossGroup.ShutdownGracefullyAsync(TimeSpan.FromMilliseconds(100), TimeSpan.FromSeconds(1)),
workerGroup.ShutdownGracefullyAsync(TimeSpan.FromMilliseconds(100), TimeSpan.FromSeconds(1))); serverState = ServerState.NotStarted;
}
}
}
} public enum ServerState
{
NotStarted = 0,
Started = 1,
Starting = 2,
}

实例化 Server 时需要传入 ModbusResponseService 的实现,实现示例:

public class ModbusResponse : ModbusResponseService
{
public override ModbusFunction ReadHoldingRegisters(ReadHoldingRegistersRequest request)
{
var registers = ReadRegisters(request.Quantity);
var response = new ReadHoldingRegistersResponse(registers); return response;
} private ushort[] ReadRegisters(ushort quantity)
{
var registers = new ushort[quantity]; Random ran = new Random();
for (int i = 0; i < registers.Length; i++)
{
registers[i] = (ushort)ran.Next(ushort.MinValue, ushort.MaxValue);
} return registers;
}
}

(文中代码仅添加了 0x03 的方法)

开源地址:modbus-tcp

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