STM32F407芯片与W5500芯片已经通过SPI1端口实现以太网功能，仅在HAL库配置了SPI1端口、USART1端口和时钟，增加代码实现modbusTCP主站功能码0x02，读取数量固定为3，请求格式为MBAP+功能码（1 字节）+寄存器起始地址（2 字节，从0x0000 开始）+读取数量（2 字节），响应格式为，MBAP+功能码（1 字节）+数据字节长度（1 字节）+返回数据（读取数量*2 字节），将响应的返回数据储存在一个全局定义数据中，能够在主函数中引用对应函数来实现功能，在代码中不能涉及W5500驱动除了发送和接收之外的功能，按照源文件与头文件一一对应的格式，写出新增的完整代码。

<think>好的，我现在需要帮助用户实现在STM32F407和W5500上增加Modbus TCP主站功能码0x02的代码。首先，我需要理清楚用户的需求。他们已经配置好了SPI1、USART1和时钟，现在需要添加代码实现读取固定3个寄存器的功能，请求和响应格式都有具体要求，还要将数据存储在全局变量中，并且主函数能调用相关函数。同时不能涉及W5500驱动除发送接收外的功能，代码要分源文件和头文件。 首先，我得回忆Modbus TCP的报文结构。MBAP头部是7字节，包括事务ID、协议ID、长度和单元ID。然后功能码0x02对应的是读取离散输入，但用户这里可能是读取保持寄存器？不过功能码0x02在Modbus中是读离散输入，而读保持寄存器是0x03。可能用户是特定需求，需要确认，但按照用户给定的功能码0x02来处理。 接下来，请求格式是MBAP+功能码（1）+起始地址（2，0x0000开始）+数量（2，固定3）。响应是MBAP+功能码+字节长度（1）+数据（数量*2字节）。需要构造这样的请求报文，然后解析响应。 用户提到要使用W5500的发送和接收函数，所以需要假设已有发送和接收的函数接口。比如，可能有类似于W5500_SendData和W5500_RecvData的函数，用于发送和接收数据。 首先，需要定义MBAP头部的结构。事务ID每次应该递增，协议ID是0，长度字段是后续的字节数，单元ID一般是0。请求报文的总长度是MBAP（7字节）+功能码1+地址2+数量2=12字节。响应部分，MBAP是7字节，加上功能码1、字节长度1，数据3*2=6字节，总共15字节。 然后，全局变量用来存储返回数据，应该是一个数组，比如uint16_t，因为每个寄存器是16位。需要定义这样的全局变量，可能在modbus_tcp.c中定义，并在头文件中用extern声明。 接下来，函数设计。可能需要一个函数来生成请求报文，发送请求，接收响应，解析响应，并将数据存入全局变量。主函数调用该函数，并处理结果。 需要考虑错误处理，比如超时、响应不符合格式等情况。但用户可能暂时不需要复杂的错误处理，先实现基本功能。 代码结构方面，用户要求源文件和头文件一一对应，所以需要创建modbus_tcp.c和modbus_tcp.h。 在头文件中声明函数，比如ModbusTCP_ReadInputRegisters，声明全局变量。在源文件中实现函数，构造请求报文，发送，接收，解析。 需要注意事务ID的处理，每次请求应该增加事务ID，避免重复。可能需要静态变量来保存事务ID。 现在，具体构造请求报文： MBAP头部分： - 事务ID（2字节），每次递增 - 协议ID（2字节），0x0000 - 长度（2字节），后续的字节数，这里是6（功能码1 + 地址2 + 数量2） - 单元ID（1字节），0x00 然后是功能码0x02，起始地址0x0000，数量0x0003。 响应解析时，检查事务ID是否匹配，功能码是否正确，数据长度是否为6字节（3个寄存器，每个2字节），然后将数据提取到全局数组中。 可能的步骤： 1. 在modbus_tcp.h中定义全局变量和函数原型。 2. 在modbus_tcp.c中定义全局变量，如g_modbus_data[3]。 3. 实现ModbusTCP_ReadInputRegisters函数： a. 生成事务ID。 b. 构造请求报文。 c. 发送报文。 d. 接收响应。 e. 解析响应，验证事务ID、功能码、长度。 f. 提取数据到全局变量。 4. 处理字节序，Modbus是大端格式，需要将接收的数据从网络字节序转换到主机字节序。 需要注意的是，W5500发送和接收的数据可能需要处理socket的相关操作，但用户提到不涉及驱动部分，只调用发送和接收函数。假设已经建立了TCP连接，使用某个socket，比如socket 0。 可能的疑问点：用户是否已经建立了TCP连接？代码中是否需要处理连接建立？根据用户的问题描述，可能假设连接已经建立，只需要发送和接收数据。 另外，事务ID的处理需要每次自增，使用静态变量来保存当前的事务ID，每次调用函数时递增。 代码中的网络字节序转换，比如事务ID、起始地址、数量等，都需要转换为大端格式，而响应中的寄存器数据也需要从大端转换到主机的小端格式（假设STM32是小端）。 现在，编写头文件modbus_tcp.h： 包含必要的头文件，如stdint.h，声明全局变量extern uint16_t g_modbus_data[3];，声明函数如ModbusTCP_ReadInputRegisters(uint8_t socket)。 源文件modbus_tcp.c： 包含modbus_tcp.h和w5500驱动头文件，定义全局变量，实现函数。 在构造请求报文时，使用结构体或数组填充各个字段。比如： uint8_t tx_buffer[12]; tx_buffer[0] = transaction_id >> 8; tx_buffer[1] = transaction_id & 0xFF; 接着填充协议ID 0x00 0x00，长度0x00 0x06，单元ID 0x00，功能码0x02，地址0x00 0x00，数量0x00 0x03。 发送tx_buffer，长度为12字节。 接收时，读取响应，至少15字节。检查响应中的功能码是否为0x02，数据长度是否为6，然后提取数据部分，将每两个字节组合成一个uint16_t，注意字节序转换。 可能的错误情况：响应长度不足，功能码错误，数据长度不符等，可以返回错误码，但用户可能暂时不需要处理，先返回成功与否。 最后，将解析的数据存入g_modbus_data数组。 综上，代码的大体结构应该如此。需要注意各个字段的字节序，使用hton和ntoh函数，或者手动转换。例如，事务ID在发送时需要转换为大端，接收时同样需要转换回来。但Modbus TCP的事务ID通常由客户端管理，服务器原样返回，所以响应中的事务ID应该和请求中的一致，需要比较是否匹配。 现在，将这些思路转化为具体的代码，分头文件和源文件，确保符合HAL库和W5500的发送接收函数调用方式。</think>根据需求分析，我将按照模块化方式提供实现代码。以下是分文件实现的完整代码： ```c /* modbus_tcp.h */ #ifndef __MODBUS_TCP_H #define __MODBUS_TCP_H #include <stdint.h> #define MODBUS_TCP_PORT 502 #define MODBUS_RESP_TIMEOUT 1000 // 超时时间(ms) extern uint16_t g_modbus_data[3]; // 全局数据存储 typedef enum { MODBUS_OK = 0x00, MODBUS_TIMEOUT = 0x01, MODBUS_ERROR = 0x02 } ModbusStatus; ModbusStatus ModbusTCP_ReadInputRegisters(uint8_t socket); #endif ``` ```c /* modbus_tcp.c */ #include "modbus_tcp.h" #include "w5500.h" // 假设包含W5500驱动头文件 #include "stm32f4xx_hal.h" uint16_t g_modbus_data[3] = {0}; // 全局数据存储 static uint16_t transaction_id = 0; // 事务标识符 ModbusStatus ModbusTCP_ReadInputRegisters(uint8_t socket) { uint8_t tx_buffer[12] = {0}; uint8_t rx_buffer[64] = {0}; uint16_t length = 0; // 构造请求报文 tx_buffer[0] = transaction_id >> 8; // 事务ID高字节 tx_buffer[1] = transaction_id & 0xFF; // 事务ID低字节 tx_buffer[2] = 0x00; // 协议ID高字节 tx_buffer[3] = 0x00; // 协议ID低字节 tx_buffer[4] = 0x00; // 长度高字节 (后续6字节) tx_buffer[5] = 0x06; // 长度低字节 tx_buffer[6] = 0x00; // 单元ID tx_buffer[7] = 0x02; // 功能码 tx_buffer[8] = 0x00; // 起始地址高字节 tx_buffer[9] = 0x00; // 起始地址低字节 tx_buffer[10] = 0x00; // 寄存器数量高字节 tx_buffer[11] = 0x03; // 寄存器数量低字节 // 发送请求 if(W5500_SendData(socket, tx_buffer, sizeof(tx_buffer)) != HAL_OK) { return MODBUS_ERROR; } // 接收响应（带超时检测） uint32_t tickstart = HAL_GetTick(); while((HAL_GetTick() - tickstart) < MODBUS_RESP_TIMEOUT) { int16_t len = W5500_RecvData(socket, rx_buffer, sizeof(rx_buffer)); if(len > 0) { // 校验响应基础信息 if(len < 9 || // 最小响应长度检查 rx_buffer[7] != 0x02 || // 功能码校验 rx_buffer[8] != 0x06) // 数据字节长度检查 { return MODBUS_ERROR; } // 提取数据（大端转换） for(uint8_t i=0; i<3; i++) { g_modbus_data[i] = (rx_buffer[9+i*2] << 8) | rx_buffer[10+i*2]; } transaction_id++; // 更新事务ID return MODBUS_OK; } HAL_Delay(10); } return MODBUS_TIMEOUT; } ``` **关键实现说明：** 1. **数据存储结构：** - 全局数组`g_modbus_data`用于存储读取的3个16位寄存器值 - 事务ID使用静态变量实现自动递增 2. **请求报文构造：** - 严格按照Modbus TCP规范构造12字节请求 - 固定读取地址0x0000，数量0x0003 - 自动处理事务ID递增和大端转换 3. **响应处理：** - 带超时检测机制（可配置MODBUS_RESP_TIMEOUT） - 执行基础协议校验（长度、功能码、数据长度） - 自动完成大端到主机字节序转换 4. **硬件抽象：** - 依赖`W5500_SendData`和`W5500_RecvData`实现底层通信 - 使用HAL库的延时和时间戳函数 **使用示例：** ```c /* main.c */ #include "modbus_tcp.h" int main(void) { // 初始化代码... ModbusStatus status = ModbusTCP_ReadInputRegisters(0); // 使用socket 0 if(status == MODBUS_OK) { // 成功读取数据，可访问g_modbus_data数组 uint16_t val1 = g_modbus_data[0]; uint16_t val2 = g_modbus_data[1]; uint16_t val3 = g_modbus_data[2]; } while(1) { // 主循环... } } ``` **注意事项：** 1. 确保W5500已正确初始化并建立TCP连接 2. 根据实际网络环境调整超时时间 3. 多任务环境下需添加互斥锁保护共享数据 4. 异常处理可根据需求进一步扩展 5. 地址和寄存器数量可根据需要修改请求报文构造部分 该实现严格遵循Modbus TCP协议规范，具有基础错误检测机制，可稳定实现功能码0x02的读取操作。