modbus tcp c++ server

Modbus TCP是一种基于TCP/IP协议的Modbus通讯协议的变种，它采用了简单的客户端/服务器模式。Modbus TCP服务器是一个运行在TCP/IP网络上的设备，负责接收来自Modbus TCP客户端的请求，执行相应的功能，并返回响应消息。

在实际应用中，Modbus TCP服务器通常是一个带有Modbus TCP协议栈的工业控制设备，比如PLC（可编程逻辑控制器）或者远程I/O模块。它通过TCP/IP网络连接到其他设备，如人机界面（HMI）、SCADA系统或者其他控制设备。

Modbus TCP服务器通过监听指定的TCP端口，等待来自客户端的连接请求。一旦建立了连接，服务器就可以接收客户端发送的Modbus TCP报文，并根据报文的内容执行读/写寄存器、标志位、线圈等操作。服务器将根据请求执行相应的功能码，并将执行结果封装成响应报文发送给客户端。

在工业自动化领域，Modbus TCP服务器通常作为控制网络中的节点，通过与其他设备通讯，实现实时监控、数据采集和远程控制等功能。它是现代工厂自动化系统中不可或缺的一部分，为工程师提供了一种方便、灵活的方式来实现设备间的数据交换和协同操作。

总之，Modbus TCP服务器是一个运行在TCP/IP网络上的设备，负责接受和处理来自Modbus TCP客户端的请求，并返回相应的响应消息。它在工业自动化控制系统中起着非常重要的作用，为各种设备之间的通讯提供了可靠的解决方案。

相关问题

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Modbus是一种通信协议，用于在不同设备间进行数据交互。而Modbus TCP是基于TCP/IP网络的Modbus协议的变体，用于在以太网上进行设备间通信。

一个Modbus TCP服务器，简称Modbus TCP Server，是一个支持Modbus TCP协议的设备或软件，它可以接收来自Modbus TCP客户端的请求，并根据请求提供相应的响应。Modbus TCP服务器通常被用于监视和控制工业自动化系统中的设备，比如PLC、传感器、执行器等。

作为一个Modbus TCP服务器，它首先需要绑定一个固定的IP地址和端口，这样客户端才能通过网络访问它。然后，当客户端发送一个Modbus请求到服务器时，服务器会根据请求类型（读取、写入等）和数据地址，从自身的内部数据存储区中读取或写入相应的数据。然后，服务器将所请求的数据封装成相应的Modbus响应，通过网络返回给客户端。客户端根据响应进行解析，并进行相应的处理。

一个Modbus TCP服务器可以同时与多个客户端建立连接，并接收并处理来自这些客户端的请求。同时，它还可以对访问其数据的客户端进行权限控制，以确保数据的安全性。

总之，Modbus TCP服务器是一种支持Modbus TCP协议的设备或软件，用于在以太网上提供Modbus通信服务。通过它，可以方便地进行设备间的数据交互和控制操作，是工业自动化系统中不可或缺的一部分。

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### 如何用C++实现Modbus TCP通讯

#### 创建TCP客户端和服务器
为了建立Modbus TCP连接，首先需要创建一个TCP客户端或服务器。这可以通过使用套接字编程来完成。对于客户端而言，主要任务是初始化并连接到指定IP地址和服务端口上的服务器；而对于服务器，则需监听特定端口等待来自客户端的连接。

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

// 客户端设置
int create_tcp_client(const char* ip, int port){
    struct sockaddr_in server_addr;
    int sockfd;

    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        return -1;
    }

    memset(&server_addr, '0', sizeof(server_addr));

    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(port);
    
    inet_pton(AF_INET, ip , &server_addr.sin_addr);

    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("Connection Failed ");
        close(sockfd);
        return -1;
    }
    return sockfd; // 返回文件描述符用于后续通信
}

此部分展示了如何利用Linux下的API函数创建一个简单的TCP客户端[^1]。

#### 构建和解析Modbus帧
一旦建立了网络连接，下一步就是按照Modbus协议规定的方式构建请求消息，并能够正确解释响应数据包的内容。通常情况下，一条完整的Modbus报文由功能码、起始地址/数量以及其他参数组成，在发送之前还需要计算校验和以确保传输准确性。

void build_modbus_request(uint8_t *buffer, uint8_t function_code, uint16_t start_address, uint16_t quantity){
    buffer[0] = transaction_id >> 8;       /* Transaction ID */
    buffer[1] = transaction_id & 0xFF;
    buffer[2] = protocol_identifier >> 8;  /* Protocol Identifier always zero */
    buffer[3] = protocol_identifier & 0xFF;
    buffer[4] = length_of_message >> 8;     /* Length of message excluding first four bytes */
    buffer[5] = length_of_message & 0xFF;
    buffer[6] = unit_identifier;            /* Unit identifier */

    buffer[7] = function_code;              /* Function code */
    buffer[8] = high_byte(start_address);   /* Start Address High Byte */
    buffer[9] = low_byte(start_address);    /* Start Address Low Byte */
    buffer[10]= high_byte(quantity);         /* Quantity Of Registers to Read/Write High Byte */
    buffer[11]= low_byte(quantity);          /* Quantity Of Registers to Read/Write Low Byte */
}

uint8_t parse_response(uint8_t *response_buffer){
    // 解析返回的数据...
}

上述代码片段提供了基本框架来构造标准格式的Modbus查询命令以及初步处理收到的回答信息。

#### 处理并发请求和支持多种操作类型
考虑到工业控制系统中的实时性和效率需求，程序设计时应考虑支持多个设备的同时访问及不同类型的I/O操作（如线圈状态改变、保持寄存器读取）。为此可采用多线程技术或是异步IO模型提高系统的吞吐量与响应速度。

std::vector<std::thread> threads;
for(int i=0;i<num_devices;++i){
    threads.emplace_back(std::thread([this,i]()mutable{
        while(true){
            auto result = perform_operation(i);
            handle_result(result);
        }
    }));
}
for(auto& t : threads)t.join();

这段伪代码展示了一种简单的方法用来管理一组独立运行的任务实例，每个都负责执行针对某个远程节点的具体动作。