全场景——（十一）综合实现

一、产品框架

1.1 硬件框架

1.2 设计思路

1.2.1 上位机如何定位到传感器

站在上位机的角度，以“Modbus传感器2为例”，上位机需要通过com1、channel1发出Modbus 数据包，数据包里含有“设备地址”、“寄存器类别”、“寄存器地址”。所以，上位机需要确定这几个参数：
① 串口：com1还是com2，或其他
② 通道：channel1还是channel2？可以使用channel0表示连接在主控上的设备
③ Modbus设备地址
④ Modbus设备的寄存器类别（DI、DO、AI、AO）
⑤ Modbus设备的寄存器地址
所以：在上位机的操作界面，增加一个“点”时，需要指定这5个参数。

1.2.2 上位机如何读写传感器

为了简化上位机的实现，在上位机的角度，它只看到一个传感器：就是主控。上位机读写主控的寄存器时，主控会去读写其他传感器。这有一个“映射”：主控的寄存器，映射到channel0、1、2的其他设备的某个寄存器。当上位机增加“点”时，上位机会得到用户设置的“5个参数”，它会利用这些参数创建映射关系，并且发给中控。

1.2.3 中控如何读写传感器

中控程序得到上位机发来的“映射”信息后：
① 读操作：中控不断地读取传感器的某个点的数值，以备上位机读取。
② 写操作：中控等待上位机发来的写命令，根据这些写命令去写传感器。

1.2.4 上位机如何发送映射关系、传输固件

Modbus 里有“Write File Record”功能，可以使用它来发送大量数据、发送文件。

1.2.5 上位机界面

1.3 软件框架

二、改造libmodbus 实现文件传输

2.1 分析Write File Record 功能

想想这个场景，你要发出多个文件，每个文件还都很大，那么必然就是分块发送：
① 当前发送的是哪个文件？数据包里有“File Number”
② 当前发送的是第几个数据包？数据包里有“Record Number”
③ 当前发送的数据包多大？数据包里有“Record length”
④ 数据本身

“Write File Record”的请求格式如下：

从上往下解析表格数据：上图的Record还应该包含设备地址（1Byte）和CRC校验码（2Byte），去掉设备地址和校验码Record原来的256Byte就剩下256-1-2=253Byte，表格中第三行的len取决于下面数据总长度，所以len=7+2N，至于len的取值，继续减去功能码和数据总长度两个Byte为253-1-1=251=0xFB，此时数据大小为251-7=244Byte，为数据最大值，最小值计算如下：此时len=9，9-7=2，刚好对应上2NByte，所以数据最小值为2Byte。
“Write File Record”的回应跟请求包一模一样。

2.2 实现Write File Record

本 节 源 码为“E:\QuanCJ\h5_write_file_record”。
本节程序，在“E:\QuanCJ\Increase faulttolerance”d的基础上修改而来。
本节要实现2个功能：
① 改造libmodbus，增加“Write File Record”功能
② 测试：
a. H5 开发板的UART2连接到UART4
b. 任务1通过channel1（即UART2）发出“Write File Record”数据包
c. 任务2通过channel2（即UART4）得到“Write File Record”数据包，验证无误后再LCD 显示结果
按照下图连线：调试、供电、两个485互连：

主要代码如下：

int modbus_write_file_record(modbus_t *ctx,uint16_t file_no,uint16_t record_no,uint8_t *buffer,uint16_t len)
{int rc;int i;int byte_count;int req_length;int bit_check = 0;int pos = 0;uint8_t req[MAX_MESSAGE_LENGTH];/* 长度是2N */len = (len + 1) & ~0x1;/* ADU最大是256, 256-1字节设备地址-2字节CRC=253* 功能码等包头是7字节* 传输的数据最大253-9=244*/if (len < 2 || len > 244 )return -1;/* 包头 */req[0] = ctx->slave;												//对应设备地址req[1] = MODBUS_FC_WRITE_FILE_RECORD;								//对应功能码（0x15）req[2] = 7 + len;        /* Request data length */	req[3] = 0x06;           /* Sub-Req. x, Reference Type */req[4] = file_no >> 8;        /* Sub-Req. x, File Number */			//req数组是uint8_t，file_no是uint16_t，将file_no数据存入req中需要分两次，同时注意大字节在前req[5] = file_no & 0x00ff;req[6] = record_no >> 8;        /* Sub-Req. x, Record Number */req[7] = record_no & 0x00ff;req[8] = (len/2) >> 8;        /* Sub-Req. x, Record length */		//这里需要除以2是因为len=2N，而一个N表示一个uint16_t的数据，除以2之后才能存入uint8_t的数组中req[9] = (len/2) & 0x00ff;req_length = 10;/* 数据 */for (i = 0; i < len; i++){req[req_length++] = buffer[i];}rc = send_msg(ctx, req, req_length);if (rc > 0) {/* Used by write_bit and write_register */uint8_t rsp[MAX_MESSAGE_LENGTH];rc = _modbus_receive_msg(ctx, rsp, MSG_CONFIRMATION);if (rc < 0)return -2;rc = check_confirmation(ctx, req, rsp, rc);}return rc;
}

代码分析如下：

从上面函数展开，对于Server，分为三个状态：

详细分成以下几步：
1、读取两个字节（设备地址一个字节，功能码一个字节），以便得到功能码：

2、读取完功能码（两字节），算出下一步要读取多少数据：


3、读取8个字节数据：

4、读取完8个字节，进入下一状态：

5、读取剩下的数据：

6、检查数据完整性：


添加相关调试代码：
app_freertos.c

static void CH2_UART4_ServerTask( void *pvParameters )	
{uint8_t *query;modbus_t *ctx;int rc;modbus_mapping_t *mb_mapping;char buf[100];int cnt = 0;ctx = modbus_new_st_rtu("uart4", 115200, 'N', 8, 1);modbus_set_slave(ctx, 1);query = pvPortMalloc(MODBUS_RTU_MAX_ADU_LENGTH);mb_mapping = modbus_mapping_new_start_address(0,10,0,10,0,10,0,10);memset(mb_mapping->tab_bits, 0, mb_mapping->nb_bits);memset(mb_mapping->tab_registers, 0x55, mb_mapping->nb_registers*2);rc = modbus_connect(ctx);if (rc == -1) {//fprintf(stderr, "Unable to connect %s\n", modbus_strerror(errno));modbus_free(ctx);vTaskDelete(NULL);;}for (;;) {do {rc = modbus_receive(ctx, query);/* Filtered queries return 0 */} while (rc == 0);/* The connection is not closed on errors which require on reply such asbad CRC in RTU. */if (rc < 0 ) {/* Quit */continue;}rc = modbus_reply(ctx, query, rc, mb_mapping);if (rc == -1) {//break;}cnt++;sprintf(buf, "server recv file record cnt = %d", cnt);Draw_String(0, 32, buf, 0xff0000, 0);if (mb_mapping->tab_bits[0])HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET);elseHAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);//vTaskDelay(1000);mb_mapping->tab_registers[1]++;}modbus_mapping_free(mb_mapping);vPortFree(query);/* For RTU */modbus_close(ctx);modbus_free(ctx);vTaskDelete(NULL);
}static void CH1_UART2_ClientTask( void *pvParameters )	
{modbus_t *ctx;int rc;uint16_t val;int nb = 1;int level = 1;char buf[100];int cnt = 0;int err_cnt = 0;ctx = modbus_new_st_rtu("uart2", 115200, 'N', 8, 1);modbus_set_slave(ctx, 1);rc = modbus_connect(ctx);if (rc == -1) {//fprintf(stderr, "Unable to connect %s\n", modbus_strerror(errno));modbus_free(ctx);vTaskDelete(NULL);;}for (;;) {memset(buf, 0x5A, 100);rc = modbus_write_file_record(ctx, 1, 1, buf, 100);cnt++;if (rc < 0)err_cnt++;sprintf(buf, "client send file record cnt = %d, err_cnt = %d", cnt, err_cnt);Draw_String(0, 0, buf, 0xff0000, 0);/* delay 2s */vTaskDelay(2000);}/* For RTU */modbus_close(ctx);modbus_free(ctx);vTaskDelete(NULL);
}

上述代码中在Server中要注意打印调试代码的位置：当Server接收到数据后，应该先发送回应给Client才继续打印调试信息，不能先打印再发送给Client，不然Sever打印时太耗时导致Client等不到Server的回应就会出错，则err_cnt会为1，说明有一个错误。
现象如下：
Client和Server的cnt同步增加，没发生错误时err_cnt始终为0。

2.3 UART 驱动严重Bug

本节源码为“E:\QuanCJ\h5_uart_dma_ok”。

我们使用“HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA”来启动 UART 数据的接收，假设传入的数据长度是100。当数据接收完毕，或者发生了 Idle 中 断时 ，“HAL_UARTEx_RxEventCallback”函数被调用。但是！除了这两种情况之外，当接收到一半数据时，这个函数也会被调用。
在以前的代码里，我们误认为“数据全部接收完毕”、“发生Idle中断”时，才会调用“HAL_UARTEx_RxEventCallback”。在里面，我们认为数据接收完毕，于是再次启动DMA 传输。这会导致在接收到一半数据、触发“HAL_UARTEx_RxEventCallback”调用时，
我们也再次启动DMA传输，导致数据丢失。
正确的“HAL_UARTEx_RxEventCallback”函数代码如下：

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) 
{ PUART_Data pdata; static uint16_t old_pos; if (huart == &huart2) { pdata = &g_uart2_data; } if (huart == &huart4) { pdata = &g_uart4_data; } /* write queue : g_uart4_rx_buf Size bytes ==> queue */for (int i = old_pos; i < Size; i++) { xQueueSendFromISR(pdata->rxQueue, (const void *)&pdata->rx_buf[i], NULL); } old_pos = Size; if (huart->RxEventType != HAL_UART_RXEVENT_HT) { old_pos = 0; /* re-start DMA+IDLE rx */ HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(pdata->huart, pdata->rx_buf, UART_RX_BUF_LEN); } 
} 

当使用libmodbus 时，有两个超时时间需要仔细考虑（Middlewares\Third_Party\libmodbus\modbus-private.h）：

“_RESPONSE_TIMEOUT”是“等待回应的时间”：client 给 server 发出请求后，client 要等待 server 发出的回应，这个等待时间要设置得比较大，以便server有足够的时间处理数据并发出回应。（这里的等待回应时间设置大一点可以让 Server 处理完并发送回应给 Client 同时也可以让 Client 接收后续的部分数据）
“_BYTE_TIMEOUT”是“等待后续数据的时间”：一旦得到回应的第一个数据后，后续的数据应该是连续不断地来到，所以后续的超时时间可以设置得比较小(比如设置为modbus 协议规定的3.5个字节时长)。但是，对于DMA传输要特殊考虑。
当使用DMA方式接收数据时，DMA可以及时地把串口接收到的数据存入内存，但是它无法及时通知应用程序：假设启动DMA传输来读取256字节(modbus rtu最大数据包)数据，当读取到一半数据即128字节的数据时才会触发“Half Transfer”的回调，这时才会通知应用程序。所以，使用 libmosbus 等待回应时，超时时间要设置得比较大，不仅要大于接收完 128 字节数据的时间，也要考虑：留更多的时间给对方，以便它有足够的时间处理数据然后回复（这里是接收完前面的128个字节才去告诉应用程序 所以超时时间尽量设置大一点）。
当应用程序读取到第一个回应的数据后，以后再读取后续数据时，超时时间如何设置？假设client 等待回应后得到了一半的数据共128字节，它需要等待多久才可以得到第129个字节数据？DMA很快得到第129个数据，但是要等待剩余数据全部接收完毕，这时才会发生中断，应用程序才被通知到。得到回应之后（接收到一半的数据之后），DMA 传输完成还需要一半数据的时间，以波特率115200为例，需要128x10/115200=11.1ms。所以，使用libmosbus 传输比较大的回应数据时，xxx 超时时间设置为 10ms 是不够的，为了保险，我们可以设置为20ms。
修改后的代码如下：

2.4 实现文件传输

本节源码为“E:\QuanCJ\h5_write_file”。
对于“Write File Record”功能，它仅仅传输“一小块”数据，接收方无法从“这一小块”数据里知道“文件总大小”等信息。文件传输的功能需要我们自己实现：
① Client：使用文件名、文件大小，构造出Record Number为0的数据包，发送出去
这个数据包的格式为：

modbus.htypedef struct FileInfo { uint32_t version; uint32_t file_len; uint32_t load_addr; uint32_t crc32; uint8_t file_name[16]; 
}FileInfo, *PFileInfo; 

② Server：收到这个数据包后，就可以从中知道文件名、文件大小等信息
③ Client：就可以把文件内容拆分为多个Record，发送出去
④ Server：接收到数据包后，根据Record Number组装数据
Client：

modbus.c/* 将小字节序转为大字节序 */
static uint32_t LE32toBE32(uint8_t *buf)
{return ((uint32_t)buf[0] << 24) | ((uint32_t)buf[1] << 16) | ((uint32_t)buf[2] << 8) | ((uint32_t)buf[3] << 0);
}int modbus_write_file(modbus_t *ctx,uint16_t file_no,uint8_t *file_name,uint8_t *buffer,uint16_t len)
{FileInfo tFileInfo;//该结构体包含要发送玫的文件信息int rc;//用来判断是否出错uint16_t record_no = 0;//Record的位置（从第0块开始发送）uint16_t pos = 0;//数据的位置uint16_t send_len = 0;//剩下数据大小memset(&tFileInfo, 0, sizeof(tFileInfo));tFileInfo.file_len = len;//长度赋给文件信息结构体的长度tFileInfo.file_len = LE32toBE32(&tFileInfo.file_len);//将小字节序转为大字节序if (file_name){strncpy(tFileInfo.file_name, file_name, sizeof(tFileInfo.file_name));}rc = modbus_write_file_record(ctx, file_no, record_no, &tFileInfo, sizeof(tFileInfo));//发送tFileInfo文件信息 主要包含该文件的文件名和总大小 以便后续可以将文件拆分成多个Record发出去if (rc < 0)//如果出错{return rc;}record_no++;//发送完一块Record，位置+1while (pos < len)//将数据还未发送完毕则一直循环发送{send_len = len - pos;//总数居减去当前数据位置等于剩余数据大小if (send_len > 240)send_len = 240;  /* 选取一次发送240字节是为了便于烧录(烧录时一次烧写16字节) */rc = modbus_write_file_record(ctx, file_no, record_no, buffer + pos, send_len);if (rc < 0){return -5;}record_no++;pos += send_len;//每次发送完一个Record 就让pos加上当前Recorc剩余数据大小 让pos位置移到此处}return 1;
}

Server：

app_freertos.c/* 大字节序转换为小字节序 */
static uint32_t BE32toLE32(uint8_t *buf)
{return ((uint32_t)buf[0] << 24) | ((uint32_t)buf[1] << 16) | ((uint32_t)buf[2] << 8) | ((uint32_t)buf[3] << 0);
}static void modbus_parse_file_record(uint8_t *msg, uint16_t msg_len)
{uint16_t record_no;FileInfo tFileInfo;char buf[100];static int recv_len = 0;//当前接收到的数据长度if (msg[1] == MODBUS_FC_WRITE_FILE_RECORD)//根据上面数据包可知 接收的第一个数据是设备地址 第二个数据是功能码 这里判断功能码是否为0x15{record_no = ((uint16_t)msg[6]<<8) | msg[7];//根据上面数据包可知 第6、7个字节数据为Record number 将uint16_t数据放进uint32_T中需要字节序转换if (record_no == 0)//判断Record的位置是否为0 为0则说明可以得到后续数据的大小{tFileInfo = *((PFileInfo)&msg[10]);tFileInfo.file_len = BE32toLE32(&tFileInfo.file_len);sprintf(buf, "Get File Record for Head, file len = %d", tFileInfo.file_len);Draw_String(0, 32, buf, 0xff0000, 0);recv_len = 0;}else//Record的位置不等于0说明得到的是数据本身{recv_len += msg[2] - 7;//接收到一个数据后 需要加上其长度大小 显示当前所接收的数据长度sprintf(buf, "Get File Record %d for Data, record len = %d, recv_len = %d   ", record_no, msg[2] - 7, recv_len);Draw_String(0, 64, buf, 0xff0000, 0);            }}
}
}

现象如下：
发送文件数量一直增加，同时会获得文件的后续数据，我们在Client中设置大小为500，所以后续数据大小为500.

三、读写任意传感器

3.1 上机演示

3.1.1 接线

如下图连线，H5控制板使用USB线供电，中间的HUB也使用USB供电：

连接示意图为：

注意：三个传感器的启动开关都拨到“ON”位置。

3.1.2 烧写程序

先烧写中控（H5 开发板），工程为“E:\QuanCJ\h5_read_write_with_map”。
再分别烧写三个传感器，工程为“E:\QuanCJ\Increase fault tolerance\f030_demo”。
注意：f030_demo需要分别设置下面的宏（这3个宏同一时间只能定义一个），编译出程序后分别烧写到3个传感器里。

#define USE_SWITCH_SENSOR 1 
#define USE_ENV_MONITOR_SENSOR 1 
#define USE_TMP_HUMI_SENSOR 1 

3.1.3 使用

先启动上位机：

再增加、设置“点”。
比如要操作接在CH2上的温湿度传感器的蜂鸣器1，如下设置：

比如要操作中控（H5开发板自带的LED），如下设置：

注意：
① 在上位机里进行设置时，无法使用实体键盘（LVGL 前台程序使用键盘有点难度），需要使用它弹出的虚拟键盘。
② 为了有空间显示虚拟键盘，当前要设置的“点”，会自动移到屏幕的最上面。
最后就可以读写点了，比如：

3.2 使用“点”的映射表操作任意传感器的原理

在前面文章中的上位机访问多个传感器曾经解析过“点”的映射，它使用固定的映射表。此处将使用更加灵活的、随时可变的映射表。
上位机要读写传感器，需要中控进行转发。在上位机的角度，它只看到中控、只是读写中控的寄存器。中控需要“帮助”上位机去读写下挂的传感器。这里存在“点”的映射关系：上位机要读写的主控的“点”，怎么跟具体传感器的“点”对应。
使用“点”的映射信息，有3个问题要解决:

3.2.1 怎么表示映射关系

使用如下结构体表示一个点的映射关系：

typedef struct PointMap { char reg_type[4]; 		  /* 寄存器的类别（DI、DO、AI、AO） */uint16_t reg_addr_master; /* 主控的寄存器地址 */     uint16_t channel;         /* 0-主控本身, 1-通过CH1访问, 2-通过CH2访问 */ uint16_t dev_addr;        /* 传感器的设备地址 */ uint16_t reg_addr_salve;  /* 传感器的寄存器地址 */ 
}PointMap, *PPointMap; 

主控根据这样的结构体，就知道：上位机想读写“reg_type”类型的“reg_addr_master”寄存器时，实际上是想读写“channel通道上、设备地址为dev_addr的reg_type 类型的reg_addr_slave”寄存器。
上位机会把多个“PointMap”发给中控，中控要记录这些结构体。

3.2.2 怎么发送映射关系

使用modbus_write_file 发送 file_no为 0 的数据。

3.2.3 中控如何处理映射关系

中控创建4个任务：
①.USB 串口任务：用于实现USB串口
② LibmodbusServerTask：跟 PC 进行通信，接收上位机发来的“点”的映射表；根据上位机的读写请求操作DI/DO/AI/AO寄存器
③ CH0_Task：中控上有CH1、CH2，分别对应2个RS485接口。我们引入CH0，表示要读写中控板子自带的传感器（比如LED）。
CH0_Task 有 2 个功能：
a.根据映射表，读取中控本身的传感器，更新DI/DO/AI/AO寄存器
b.当映射表里channel 0对应的DO/AO寄存器发生变化时，用来设置中控本身的传感器
④ CH1_Task：它有2个功能
a.根据映射表，读取channel 1的传感器，更新DI/DO/AI/AO寄存器
b.当映射表里channel 1对应的DO/AO寄存器发生变化时，用来设置对应的传感器
⑤ CH2_Task：它有2个功能
a.根据映射表，读取channel 2的传感器，更新DI/DO/AI/AO寄存器
b. 当映射表里channel 2对应的DO/AO寄存器发生变化时，用来设置对应的传感器

3.3 中控代码详解

源码在“E:\QuanCJ\h5_read_write_with_map”中，解析的代码主要在“Core\Src\control.c”里。

3.3.1 LibmodbusServerTask 任务

它有2个功能：
① 跟PC进行通信，接收上位机发来的“点”的映射表；
② 根据上位机的读写请求操作DI/DO/AI/AO寄存器
代码如下：

/*********************************************************************** 函数名称： modbus_parse_file_record* 功能描述： 解析文件信息, 目前仅仅解析file_no为0的信息(点的映射表)* 输入参数： msg - 里面存有上位机发来的消息*            msg_len - 消息长度* 输出参数： 无* 返 回 值： 无***********************************************************************/
static void modbus_parse_file_record(uint8_t *msg, uint16_t msg_len)
{uint16_t file_no;uint16_t record_no;if (msg[1] == MODBUS_FC_WRITE_FILE_RECORD){file_no = ((uint16_t)msg[4]<<8) | msg[5];record_no = ((uint16_t)msg[6]<<8) | msg[7];if (file_no == 0){/* 处理"点"的映射信息 */parse_map_info(msg, msg_len);//根据数据包 msg[10]对应后续的数据 该函数主要将msg[10]拷贝进一个映射表的结构体}        }
}

3.3.2 CH0_Task 任务

它有2个功能
① 根据映射表，读取中控本身的传感器，更新DI/DO/AI/AO寄存器
② 当映射表里channel 0对应的DO/AO寄存器发生变化时，用来设置中控本身的传感器
代码如下：

/*********************************************************************** 函数名称： CH0_Task* 功能描述： 中控任务, 用来读写中控自己的传感器* 输入参数： pvParameters - 就是mb_mapping(里面含有DI/DO/AI/AO寄存器)* 输出参数： 无* 返 回 值： 无***********************************************************************/
static void CH0_Task( void *pvParameters )	
{modbus_mapping_t * mb_mapping = pvParameters;while (1){loop_once(NULL, 0, mb_mapping);//在这里CH0处理的是主控自己的寄存器 不需要发起modbus传输来读取外接的传感器 所以参数为NULLvTaskDelay(100);}vTaskDelete(NULL);
}

3.3.3 CH1_Task、CH2_Task 任务

它们功能类似，都有2个功能
① 根据映射表，读取channel 1或channel 2的传感器，更新DI/DO/AI/AO寄存器
② 当映射表里channel 1或channel 2对应的DO/AO寄存器发生变化时，用来设置对应的传感器
代码如下（以CH1_Task为例）：

/*********************************************************************** 函数名称： CH1_Task* 功能描述： CH1任务, 用来读写接在CH1上的传感器* 输入参数： pvParameters - 就是mb_mapping(里面含有DI/DO/AI/AO寄存器)* 输出参数： 无* 返 回 值： 无***********************************************************************/
static void CH1_Task( void *pvParameters )	
{modbus_mapping_t * mb_mapping = pvParameters;modbus_t *ctx;int rc;ctx = modbus_new_st_rtu("uart2", 115200, 'N', 8, 1);rc = modbus_connect(ctx);if (rc == -1) {//fprintf(stderr, "Unable to connect %s\n", modbus_strerror(errno));modbus_free(ctx);vTaskDelete(NULL);;}while (1){loop_once(ctx, 1, mb_mapping);vTaskDelay(100);}vTaskDelete(NULL);
}

3.3.4 loop_once 函数

它是CH0_Task、CH1_Task、CH2_Task 的主要函数，代码如下：

/*********************************************************************** 函数名称： loop_once* 功能描述： CH0_Task/CH1_Task/CH2_Task任务的一次循环函数* 输入参数： ctx - modbus上下文*            channel - 通道*            mb_mapping - 里面含有DI/DO/AI/AO寄存器* 输出参数： 无* 返 回 值： 无***********************************************************************/
static void loop_once(modbus_t *ctx, int channel, modbus_mapping_t *mb_mapping)
{int count = get_point_map_count();//获得映射表中的点数int i;int val;int pre_val;/* 如果modbus_mapping_t里这个channel的点发生了变化,发起写操作 */for (i = 0; i < count; i++)//遍历所有的点{/* channel不等于0,表示要使用modbus函数访问外接的传感器 */if (g_tPointMaps[i].channel == channel && channel){get_modbus_mapping_reg(&g_tPointMaps[i], mb_mapping, &val);//从AI、AO、DI、DO寄存器取出值valif (val != g_iPointVals[i])//如果val不等于之前记录的值 则说明上位机修改了新值 需要进行写入对应的传感器{if (0 == modbus_write_point(ctx, &g_tPointMaps[i], val)){update_modbus_mapping_reg(&g_tPointMaps[i], mb_mapping, val);g_iPointVals[i] = val;//写完之后更新val的值}}}/* channel等于0,表示要访问中控自己的传感器 */if (g_tPointMaps[i].channel == channel && !channel){get_modbus_mapping_reg(&g_tPointMaps[i], mb_mapping, &val);if (val != g_iPointVals[i]){if (0 == local_write_point(&g_tPointMaps[i], val)){update_modbus_mapping_reg(&g_tPointMaps[i], mb_mapping, val);g_iPointVals[i] = val;}}}}/* 然后更新映射表里channel通道的所有点 */for (i = 0; i < count; i++){/* channel不等于0,表示要使用modbus函数访问外接的传感器 */if (g_tPointMaps[i].channel == channel && channel){if (0 == modbus_read_point(ctx, &g_tPointMaps[i], &val))update_modbus_mapping_reg(&g_tPointMaps[i], mb_mapping, val);}/* channel等于0,表示要访问中控自己的传感器 */if (g_tPointMaps[i].channel == channel && !channel){if (0 == local_read_point(&g_tPointMaps[i], &val))update_modbus_mapping_reg(&g_tPointMaps[i], mb_mapping, val);}}
}

四、IAP 升级

IAP 是In Application Programming 的首字母缩写，IAP是用户自己的程序在运行过程中对User Flash的部分区域进行烧写，目的是为了在产品发布后可以方便地通过预留的通信口对产品中的固件程序进行更新升级。

4.1 上机演示

4.1.1 接线

如下图连线，H5控制板使用USB线供电，中间的HUB也使用USB供电：

连接示意图为：

注意：三个传感器的启动开关都拨到“ON”位置。

4.1.2 烧写H5 Bootloader 程序

先烧写中控（H5开发板），工程为“E:\QuanCJ\IAP upgrades\h5_iap”。
注意：H5的BootLoader和APP是同一套代码，需要指定不同的ROM地址，如下设置即为Bootloader。

4.1.3 烧写传感器Bootloader程序

分别烧写三个传感器的 Bootloader，工程为“E:\QuanCJ\IAP upgrades\f030_iap”。
注意：传感器的BootLoader和APP是同一套代码，需要指定不同的ROM地址。
先如下设置ROM地址：

注意：f030_iap需要分别设置下面的宏（这3个宏同一时间只能定义一个），编译出程序后分别烧写到3个传感器里。
再修改“f030_ipa\demo\Core\Src\freertos.c”，定义宏开关：

#define USE_SWITCH_SENSOR 1 
#define USE_ENV_MONITOR_SENSOR 1 
#define USE_TMP_HUMI_SENSOR 1 

编译后，就可以分别烧录到对应的传感器。

4.1.4 编译H5 APP

可以使用如下目录有事先编译好的APP：

也可以自己编译。工程为“E:\QuanCJ\IAP upgrades\h5_iap”。
注意：H5的BootLoader和APP是同一套代码，需要指定不同的ROM地址，如下设置即为APP。

编译得到bin文件：demo_h5_app.bin。
最后，把bin文件放到上位机程序相同的目录下，这点很重要。由于LVGL的限制，目前只支持使用同目录下的文件。

4.1.5 编译传感器 APP

可以使用如下目录有事先编译好的APP：

也可以自己编译。工程为“E:\QuanCJ\IAP upgrades\f030_iap”。
注意：传感器的BootLoader和APP是同一套代码，需要指定不同的ROM地址。
先如下设置ROM地址：

注意：f030_iap需要分别设置下面的宏（这3个宏同一时间只能定义一个），编译出程序后分别烧写到3个传感器里。
再修改“f030_ipa\demo\Core\Src\freertos.c”，定义宏开关：

#define USE_SWITCH_SENSOR 1 
#define USE_ENV_MONITOR_SENSOR 1 
#define USE_TMP_HUMI_SENSOR 1 

编译后，就可以得到“demo_f030_app.bin”。对于不同的传感器，可以把bin文件分别改名为：

demo_f030_app_ch1_dev1_switch.bin 
demo_f030_app_ch1_dev2_env_monitor.bin 
demo_f030_app_ch2_dev3_temp_humi.bin 

最后，把bin文件放到上位机程序相同的目录下，这点很重要。由于LVGL的限制，目前只支持使用同目录下的文件。

4.1.6 升级中控

先启动上位机：

在界面上如下操作：

在上位机界面，可以看到升级进度：

在中控的 LCD 屏幕，在升级过程中显示“Bootloader”，升级完成后显示“Application”。
然后就可以按照前面的上机演示使用中控了。

4.1.7 升级传感器

先启动上位机：

在界面上如下操作：

在上位机界面，可以看到升级进度：

在中控的LCD屏幕，在升级过程中显示“Send file to sensor: record_no =”类似的打印信息。
升级完成后，可以看到传感器的三个LED 亮起。然后就可以按照前面的上机演示使用传感器了。

4.2 IAP 升级的软件设计思路

4.2.1 Flash 划分

对于中控，STM32H563RIV内置2MB Flash，划分如下：
① Bootloader 占据256KB空间
② APP占据1784KB空间
③ 配置信息占据最后一个扇区8KB空间：用来保存APP版本、大小、校验码等信息。

对于传感器，STM32F030CC内置256KB Flash，划分如下：
① Bootloader 占据128KB 空间
② APP占据126KB空间
③ 配置信息占据最后一个扇区2KB空间：用来保存APP版本、大小、校验码等信息。

4.2.2 升级流程

升级流程分为3个步骤：
(1) 上位机让目标板进入Bootloader
无论是中控还是传感器，它当前运行的程序可能是“Bootloader”或“APP”。要升级APP，必须让它进入Bootloader：
① 对于中控：上位机直接发命令给中控让它进入Bootloader
中控处于Bootloader的话则无需重启；中控处于APP的话，需要设置配置信息表明要
进入Bootloader，然后软件复位；重启后运行的是Bootloader，它要根据配置信息保持在Bootloader。
② 对于传感器：上位机直接发命令给中控，中控再转发给传感器让它进入Bootloader
传感器处于Bootloader的话则无需重启；传感器处于APP的话，需要设置配置信息表明要进入Bootloader，然后软件复位；重启后运行的是Bootloader，它要根据配置信息保持在Bootloader。
注意：升级传感器时，中控要运行APP：它功能比Bootloader 强大，可以更方便地操作传感器。
所以：要升级中控，中控要运行 Bootloader。要升级传感器，中控要运行 APP，传感器要运行Bootloader。
(2) 上位机发送固件、目标板接收到固件后烧录
(3) 上位机让目标板进入APP
当上位机发送完固件后，再给中控或传感器发送“启动 APP”的命令。目标板就要设置配置信息表明要进入 APP，然后软件复位；重启后运行的是 Bootloader，它要根据配置信息启动APP。
上位机程序流程图如下：

中控和传感器的Bootloader程序流程图如下：

4.2.3 点表：增加命令寄存器

无论是中控还是传感器，都需要接收“启动Bootloader”、“启动APP”的命令。可以增加一个点：地址为0，类型为“AO”（4x）。
① 写入0x55，表示“启动Bootloader”，即：让目标板进入Bootloader状态
② 写入0xAA，表示“启动APP”，即：让目标板进入APP状态
最新点表如下：
① 中控寄存器说明：

② 开关量模块（SWITCH）寄存器说明：

③ 环境监测模块（ENV_MONITOR）寄存器说明：

④ 温湿度模块（TEMP_HUMI）寄存器说明：

4.2.4 Bootloader 软件设计

Bootloader 升级 APP 的流程步骤看起来很多，其实它就做3件事：
① 启动：根据配置信息，决定保留在Bootloader还是启动APP。
② 处理启动命令：处理接收到“进入Bootloader”的命令、或“进入APP”的命令。
③ 处理文件块：中控的Bootloader 需要处理映射信息、固件信息。传感器只会接收到固件信息，只需要处理固件信息。
处理映射信息：对于接收到的“Write File Record”数据包，如果record_no为0则解析出文件大小；如果record_no不为0则用来记录映射表。
处理固件信息：对于接收到的“Write File Record”数据包，如果record_no为0则解析出文件大小；如果record_no不为0则用来烧录Flash。

4.2.5 IAP 要点及时序图

要点有2个：
① 在升级中控APP时：
中控的Bootloader 接收到文件块后，要马上烧录Flash，根据烧录结果再回复Modbus请求。这样，上位机每发出一个“Write File Record”，根据返回值就知道烧录是否成功，这样的程序结构简单。
② 在升级传感器APP时：
中控的APP接收到文件块后，要马上发给传感器，传感器的Bootloader接收到后，也要马上烧录Flash，根据烧录结果再回复 Modbus 请求给中控，中控再回复给上位机。这样，上位机每发出一个“Write File Record”，根据返回值就知道烧录是否成功，这样的程序结构简单。
对于上位机发来的启动命令，也是一样的：
① 目标是中控的话，中控回复给上位机后要马上执行这些命令（先回复的原因是：执行重启命令的话，就无法回复了）。
② 目标是传感器的话，中控也要马上发送给传感器，确定传感器执行命令后，再回复给上位机。
上位机升级中控程序时，时序图如下：

上位机升级传感器程序时，时序图如下：

4.3 中控Bootloader 代码详解

中控代码为“E:\QuanCJ\IAP upgrades\h5_iap”

4.3.1 Bootloader 启动判断

读取配置信息，决定是否启动APP：
① 如果配置信息无效，则保持在Bootloader
② 如果配置信息明确表示要启动APP，则启动APP
代码在“h5_iap\demo\Core\Src\main.c”，如下：

启动APP的关键在于：
① 设置VTOR寄存器，重新指定异常向量表的位置为APP在Flash上的位置
② 读取APP异常向量表的第1个数据，把它写入SP寄存器
③ 读取APP异常向量表的第2个数据，跳转执行
④ 注释掉APP里设置VTOR的代码（它默认使用地址0）
前3点代码在“h5_iap\demo\Core\Src\jump.S”，如下：

4.3.2 处理启动命令

代码在“h5_iap\demo\Core\Src\control.c”，如下：

“process_emergency_cmd”函数在“h5_iap\demo\Core\Src\control.c”，代码如下：

怎么启动 Bootloader 呢？先写配置信息，再软件复位。代码在“h5_iap\demo\Core\Src\bootloader.c”：

/*********************************************************************** 函数名称： ResetToBootloader* 功能描述： 设置固件信息为"需要进入BootLoader",并软复位以便进入bootloader* 输入参数： 无* 输出参数： 无* 返 回 值： 无***********************************************************************/
void ResetToBootloader(void)
{FirmwareInfo tFirmwareInfo;memset(&tFirmwareInfo, 0xff, sizeof(FirmwareInfo));GetLocalFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);tFirmwareInfo.bEnterBootloader = 1;WriteFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);SoftReset();
}

怎么启动APP呢？先写配置信息，再软件复位。代码在“h5_iap\demo\Core\Src\bootloader.c”：

/*********************************************************************** 函数名称： ResetToApplication* 功能描述： 设置固件信息为"无需进入BootLoader",并软复位以便进入app* 输入参数： 无* 输出参数： 无* 返 回 值： 无***********************************************************************/
void ResetToApplication(void)
{FirmwareInfo tFirmwareInfo;memset(&tFirmwareInfo, 0xff, sizeof(FirmwareInfo));GetLocalFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);tFirmwareInfo.bEnterBootloader = 0;WriteFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);SoftReset();
}

4.3.3 处理文件块（Write File Record）

代码在“h5_iap\demo\Core\Src\control.c”，如下：

“process_file_record”函数在“h5_iap\demo\Core\Src\control.c”，代码如下：

static int process_file_record(uint8_t *msg, uint16_t msg_len)
{uint16_t file_no;uint16_t channel;uint16_t dev_addr;uint16_t record_no;int err = 0;if (msg[1] == MODBUS_FC_WRITE_FILE_RECORD){file_no = ((uint16_t)msg[4]<<8) | msg[5];record_no = ((uint16_t)msg[6]<<8) | msg[7];/* file_no是16位的数值* 约定:* bit[15:12]: channel* bit[11:8] : 真正的file_no, 0-map信息,1-固件* bit[7:0]  : dev_addr*/channel  = (file_no >> 12) & 0xf;dev_addr = (file_no) & 0xff;file_no  = (file_no >> 8) & 0xf;if (channel == 0 && file_no  == FILE_NUMBER_POINT_MAP){/* 处理"点"的映射信息 */parse_map_info(msg, msg_len);}if (channel == 0 && file_no == FILE_NUMBER_FIRMWARE){/* 给主控烧写固件 */burn_firmware(msg, msg_len);}if (channel != 0 && file_no == FILE_NUMBER_FIRMWARE){/* 转发固件给传感器 */SetUpdateStatus(1);err =send_firmware_to_device(msg, msg_len);if (err){SetUpdateStatus(0);}}}return err;
}

对于“给主控烧写固件”，分为2步：
① 得到record_no为0的文件头：记录文件大小、擦除Flash
② 得到record_no不为0的文件块：烧录Flash、最后写配置信息

4.4 传感器Bootloader 代码和中控APP代码详解

Bootloader 代码为“E:\QuanCJ\IAP upgrades\f030_iap”。
中控代码为“E:\QuanCJ\IAP upgrades\h5_iap”

4.4.1 Bootloader 启动判断

读取配置信息，决定是否启动APP：
① 如果配置信息无效，则保持在Bootloader
② 如果配置信息明确表示要启动APP，则启动APP
代码在“f030_iap\demo\Core\Src\main.c”，如下：

启动APP的关键在于：
① 重定位异常向量表：
STM32F030CC 没有 VTOR 寄存器，无法通过修改它指定异常向量表，它的异常向量表永远在地址 0。但是可以设置一个寄存器，地址 0 映射到 Flash（0x08000000）或内存（0x20000000）。
运行Bootloader 时，地址0默认就是映射到Flash（0x08000000），无需设置。
Bootloader 启动 APP 时，要把地址 0 映射到内存（0x20000000），代码在“f030_iap\demo\Core\Src\jump.S”，如下：


② 读取APP异常向量表的第1个数据，把它写入SP寄存器
③ 读取APP异常向量表的第2个数据，跳转执行
第②③点代码在“f030_iap\demo\Core\Src\jump.S”，如下：

那么，传感器的程序就不要使用内存前面的区域，如下设置：

4.4.2 处理启动命令

代码在“f030_iap\demo\Core\Src\freertos.c”，如下：

“process_emergency_cmd”函数在“f030_iap\demo\Core\Src\control.c”，代码如下：

怎么启动 Bootloader 呢？先写配置信息，再软件复位。代码在“f030_iap\demo\Core\Src\bootloader.c”：

/*********************************************************************** 函数名称： ResetToBootloader* 功能描述： 设置固件信息为"需要进入BootLoader",并软复位以便进入bootloader* 输入参数： 无* 输出参数： 无* 返 回 值： 无***********************************************************************/
void ResetToBootloader(void)
{FirmwareInfo tFirmwareInfo;memset(&tFirmwareInfo, 0xff, sizeof(FirmwareInfo));GetLocalFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);tFirmwareInfo.bEnterBootloader = 1;WriteFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);SoftReset();
}

怎么启动APP 呢？先写配置信息，再软件复位。代码在“f030_iap\demo\Core\Src\bootloader.c”：

/*********************************************************************** 函数名称： ResetToApplication* 功能描述： 设置固件信息为"无需进入BootLoader",并软复位以便进入app* 输入参数： 无* 输出参数： 无* 返 回 值： 无***********************************************************************/
void ResetToApplication(void)
{FirmwareInfo tFirmwareInfo;memset(&tFirmwareInfo, 0xff, sizeof(FirmwareInfo));GetLocalFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);tFirmwareInfo.bEnterBootloader = 0;WriteFirmwareInfo(&tFirmwareInfo);SoftReset();
}

4.4.3 处理文件块（Write File Record）

代码在“f030_iap\demo\Core\Src\freertos.c”，如下：

“process_file_record”函数在“f030_iap_iap\demo\Core\Src\control.c”，代码如下：

对于烧写固件，分为2步：
① 得到record_no为0的文件头：记录文件大小、擦除Flash
② 得到record_no不为0的文件块：烧录Flash、最后写配置信息

4.4.4 中控APP要点

中控代码为“E:\QuanCJ\IAP upgrades\h5_iap”。
升级传感器程序时，上位机发来的命令、文件，通过中控转发给传感器，传感器处理后，再回复中控，中控再回复给上位机。
整个流程非常长，需要尽快处理！要点有2个：
① 中控接收到命令、“Write File Record”时，要马上处理，等待处理结果，返回给上位机
② 中控里其他读写传感器的任务，要暂时阻塞中控马上处理收到命令、“ Write File Record ”，代码在“h5_iap\demo\Core\Src\control.c”，而不是交给其他任务来处理（读写一般寄存器时，时让其他任务处理的）。如下：

怎么阻塞其他任务？代码在“h5_iap\demo\Core\Src\control.c”，如下：