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  • 模拟Modbus协议问题

    问题:

    在嵌入式系统开发中,Modbus协议是工业控制系统中广泛应用的一种协议。本题用来简单模拟Modbus协议,只需根据条件生成符合该协议的数据帧,并解析所获取的数据。
    假设设备使用的协议发送数据格式如下:
    <SlaveAddress, 1 Byte> <Function, 1 Byte> <Start Address, 2 Bytes> <NumberofBytes, 2 Bytes> <Checksum, 2 Bytes>
    其中前四项将在输入条件中给出,最后一项为CRC校验和,需根据前四项的数据,按照CRC算法进行计算。注意数据的长度,多于1byte的高位在前,低位在后。该CRC校验算法的描述如下:
    1)将CRC赋值0xFFFF。
    2)取初始信息的第一个字节(8位)与CRC进行异或运算,将结果赋给CRC。
    3)将CRC数据右移一位,最前位(左边)补0。
    4)如果右移前,CRC最低位(最右端)为1,则将右移后的CRC与0xA001进行异或运算,且将结果赋给CRC。否则,跳过此步。
    5)重复3,4步8次(即右边8位)。
    6)对初始信息的下一个字节,同样执行2,3,4,5步,直到信息中所有字节都执行了同样的步骤。
    7)将此时得到的CRC值的高8位和低8位交换,即得到CRC校验和。

    对应的接收格式如下:
    <SlaveAddress,1Byte> <Function,1Byte> <NumberofBytes,1Byte> <DataIEEE32,xByte> <Checksum,2Bytes>
    其中DataIEEE32为一个或多个按IEEE754标准定义的32位浮点数,具体的数据长度由NumberofBytes项来决定(比如NumberofBytes为4,则DataIEEE32项为4 bytes,正好表示一个浮点数;如为8,则DataIEEE32项为8 bytes,可表示两个浮点数)。本题要求编程实现从IEEE32数据(如“420B999A”)到浮点数(如34.9)的转换,从而解析出浮点数值。

    提示:你可以根据IEEE754标准自行设计转换算法;或者直接利用C语言float类型的实现特性:x86 linux下,gcc编译器将C语言代码“float f = 34.9;”编译成汇编代码“movl $0x420b999a, -4(%ebp)” (AT&T x86汇编格式),也就是说,单精度浮点数34.9在内存中就是由整数0x420b999a来表示的,你可以利用这一特性来完成转换。

    Input
    输入包含多组数据,以EOF结束
    每组数据共两行。
    第一行共四个十进制整数,分别为协议格式要求的:<SlaveAddress, 1 Byte>,<Function, 1 Byte>,<Start Address, 2 Bytes>,<NumberofBytes, 2 Bytes>,以逗号“,”分开。
    如:1,4,40,2
    其中:1为SlaveAddress;4为Function;40为Start Address;2为NumberofBytes。
    第二行为符合接收格式的数据帧(16进制表示),需从其中解析所接收的数据,其长度小于64个字符,浮点数数据最多为4个(即DataIEEE32数据项最多为32bytes)。
    如: 010404420B999A7405
    其中:01为SlaveAddress;04为Function;04为NumberofBytes; 420B999A 为DataIEEE32;7405为Checksum。

    Output
    每组数据输出共两行。
    第一行:根据输入结果的第一行,输出完整的符合该协议发送格式的数据帧,数据用16进制大写表示,每部分的长度都要求符合协议格式,比如Start Address项如果不到2 bytes,则需要在左边补零。
    如:010400280002F1C3
    其中:01为SlaveAddress;04 为Function;0028为Start Address;0002为NumberofBytes;F1C3为Checksum。

    第二行:根据输入结果的第二行,依次解析IEEE32数据,将其转换成浮点数并打印结果(小数点后保留一位)。解析之前需检查CRC校验和,如校验失败则直接打印CRC_ERROR。如有多个数据,用逗号分隔。
    如:34.9
    该浮点值为420B999A所对应的值。

    Sample Input
    1,4,40,2  
    010404420B999A7405  
    1,4,40,2
    010404420B999A7404
    2,4,383,4
    02040841CC0000477F2100DF85

    Sample Output
    010400280002F1C3
    34.9
    010400280002F1C3
    CRC_ERROR
    0204017F0004C1DE
    25.5,65313.0

    回答:

    #include <string.h>

    char strout[100], recv[100], recv_hd[100];
    unsigned short slaveAdd, func, nb, startAdd;
    unsigned short crc;
    float result[5];
    char *pt;

    do_cyc(unsigned short data)
    {
        int i;
        unsigned short tmp;

        crc = data ^ crc;
        for (i=0 ; i<8 ; i++)
        {
            tmp = crc & (0x0001);
            crc = crc >> 1;
            if (tmp == 1)
            {
                crc = 0xa001 ^ crc;
            }
        }
    }

    unsigned short get_crc()
    {
        crc = 0xffff;

        do_cyc(slaveAdd & 0x00ff);
        do_cyc(func & 0x00ff);
        do_cyc((startAdd & 0xff00) >> 8);
        do_cyc(startAdd & 0x00ff);
        do_cyc((nb & 0xff00) >> 8);
        do_cyc(nb & 0x00ff);

        unsigned short swap;
        swap = crc;
        crc = (crc >> 8) & 0x00ff;
        crc = crc | ((swap << 8) & 0xff00);
    }

    float conv(int data)
    {
        float ret;
        memcpy(&ret, &data, sizeof(int));
        return ret;
    }

    void pre_handle()
    {
        int i, data;
        pt = recv;
        crc = 0xffff;

        strncpy(recv_hd, pt, 2);
        recv_hd[2] = '';
        sscanf(recv_hd, "%hX", &slaveAdd);
        pt += 2;
        do_cyc(slaveAdd & 0x00ff);

        strncpy(recv_hd, pt, 2);
        recv_hd[2] = '';
        sscanf(recv_hd, "%hX", &func);
        pt += 2;
        do_cyc(func & 0x00ff);

        strncpy(recv_hd, pt, 2);
        recv_hd[2] = '';
        sscanf(recv_hd, "%hX", &nb);
        pt += 2;
        do_cyc(nb & 0x00ff);

        for (i=0 ; i<nb/4 ; i++)
        {
            strncpy(recv_hd, pt, 8);
            sscanf(recv_hd, "%X", &data);
            result[i] = conv(data);
            do_cyc((unsigned short)((data & 0xff000000) >> 24));
            do_cyc((unsigned short)((data & 0x00ff0000) >> 16));
            do_cyc((unsigned short)((data & 0x0000ff00) >> 8));
            do_cyc((unsigned short)(data & 0x000000ff));
            pt += 8;
        }
        unsigned short swap;
        swap = crc;
        crc = (crc >> 8) & 0x00ff;
        crc = crc | ((swap << 8) & 0xff00);
    }

    int main(int argc, char *argv[])
    {
        char cmp[10];

        while (EOF != scanf("%hd,%hd,%hd,%hd", &slaveAdd, &func, &startAdd, &nb))
        {
            get_crc();
            sprintf(strout, "%02X%02X%04X%04X%04X", slaveAdd, func, startAdd, nb, crc);
            printf("%s ", strout);
            scanf("%s", recv);
            pre_handle(recv);
            sprintf(cmp, "%hX", crc);
            if (0 != strcmp(cmp, pt))
            {
                printf("CRC_ERROR ");
                continue;
            }
            int i;
            for (i=0 ; i<nb/4-1 ; i++)
                printf("%.1f,", result[i]);
            printf("%.1f ", result[i]);
        }
    }

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