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1 1 Ethernet TCP/IP Protocole Modbus TCP 2 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Codage des Données Type de représentation des adresse et données utilisé par Modbus : big-endian, soit :lorsqu une quantité numérique supérieure à 1 octet est transmise, c est l octet de poids fort qui est expédié en premier bits : 0x1234 donne 0x12 0x bits : 0x L donne 0x12 0x34 0x56 0x78 3 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Classes de conformité : Classe 1 Sous-ensemble supplémentaire de fonctions communément implantées, et inter-opérables : Lecture de bits internes/sortie (code fonction 1) Lecture de bits d'entrée (code fonction 2) Lecture de mots d'entrée (code fonction 4) Ecriture d un bit interne/sortie (code fonction 5) Ecriture d un mot interne/sortie (code fonction 6) Lecture du status d exception (code fonction 7) (signification propre à la famille d esclave considérée) 4 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Emission de toutes les requêtes via TCP sur le port 502 Requêtes normalement envoyées en mode half-duplex sur une connexion donnée. Aucun avantage particulier à envoyer de nouvelles requêtes sur cette même connexion tant qu une réponse est en attente. Charge aux équipements souhaitant disposer d un taux de transfert important d établir plusieurs connexions TCP sur la même cible. Certains équipements clients existants expédient des requêtes en "pipeline" : des techniques de conception permettent de faire face à ce type de comportement. 5 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Champ "Adresse Esclave Modbus" remplacé par un champ "Unit Identifier", porté par un seul octet. ID "Unit Identifier" utilisable pour communiquer via des équipements tels que ponts et passerelles, avec plusieurs équipements Modbus cibles, au travers d une seule et même adresse IP. 6 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Préfixe de 7 octets, sur la requête comme sur la réponse : octet 0 : Identificateur de transaction : recopié par le serveur - généralement à 0 octet 1 : Identificateur de transaction : recopié par le serveur - généralement à 0 octet 2 : Identificateur de protocole = 0 octet 3 : Identificateur de protocole = 0 octet 4 : Longueur - poids fort = 0 (tous les messages sont inférieurs à 256 octets) octet 5 : Longueur - poids faible = nombre d octets suivants octet 6 : Identificateur Unité (Unit Identifier) (antérieurement Adresse Esclave Modbus) 7 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Corps de la trame Modbus octet 7 : code fonction Modbus octet 8 et suivants : données Pas de champ CRC-16 ou LRC avec Modbus/TCP : vérification des paquets délivrés traitée par les mécanismes normalisés de calcul de cheksum des couches TCP/IP et liaison de données (Ethernet). 8 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP : Lecture d un registre, à l offset 4, sur l équipement d ID 9, qui renvoie la valeur 5 : 9 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Protocole et classes de conformité Requête et réponse sont détailllées à partir de l octet du code fonction sur les exemples présentés Préfixe de 7 octets, dépendant du mode de transport Préfixe Modbus / TCP : ref ref len unit Octets ref ref : numéro de référence de transaction : ces 2 octets n héritent d aucune valeur au niveau du serveur et sont recopiés tels quels de la requête sur la réponse, pour les besoins du client. Valeurs usuellement laissées à zéro par les clients simples 10 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Protocole et classes de conformité Sur les exemples présentés, le format d une requête et d une réponse est affiché comme suit (exemple de lecture de registres ) Requête : => Réponse :

2 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Protocole et classes de conformité : Classe 0 Lecture d une suite de plusieurs registres (Code Fonction 3) Octet 0 : Code Fonction = 03 Octets 3-4 : Nombre de mots à lire (1-125) Octet 0 : Code Fonction = 03 Octet 1: Byte count de la réponse (B=2 x Nb de mots) Octets 2 à(b+1):valeurs des registres Octet 0 : Code Fonction = 83 (hexa) 12 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Protocole et classes de conformité : Classe 0 Lecture d une suite de plusieurs registres (Code Fonction 3) Lecture d un registre de référence 0 ( sur Modicon 984) : valeur lue : 1234 hexa Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Lecture d une suite de plusieurs bobines (Code Fonction 1) Octet 0 : Code Fonction = 01 Octets 3-4 : Nombre de bits à lire (1-2000) Octet 0 : Code Fonction = 01 Octet 1: Byte count de la réponse (B=(Nb de bits+7)/8) Octets 2 à(b+1):valeurs des bobines (LSB = 1 ère bobine) Octet 0 : Code Fonction = 81 (hexa) 14 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Lecture d une suite de plusieurs bobines (Code Fonction 1) Lecture d une bobine de référence 0 ( sur Modicon 984) : valeur lue : Note : format des données retournées n obéit pas à la représentation dîte "big-endian". Note : ce type de requête peut justifier de beaucoup de calculs sur l équipement esclave si la quantité de bits demandés est importante, et si ceux-ci ne pas alignés sur des limites de multiples de 16 bits. 15 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Lecture d une suite de plusieurs entrées TOR (Code Fonction 2) Octet 0 : Code Fonction = 02 Octets 3-4 : Nombre de bits à lire (1-2000) Octet 0 : Code Fonction = 02 Octet 1: Byte count de la réponse (B=(Nb de bits+7)/8) Octets 2 à(b+1):valeurs des bits d entrée (LSB = 1 er bit) Octet 0 : Code Fonction = 82 (hexa) 16 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Lecture d une suite de plusieurs entrées TOR (Code Fonction 2) Lecture d une entrée TOR de référence 0 ( sur Modicon 984) : valeur lue : Note : format des données retournées n obéit pas à la représentation dîte "big-endian".

3 17 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Lecture d une suite de plusieurs registres d entrée (Code Fonction 4) Octet 0 : Code Fonction = 04 Octets 3-4 : Nombre de mots à lire (1-125) Octet 0 : Code Fonction = 04 Octet 1: Byte count de la réponse (B=2 x Nb de mots) Octets 2 à (B+1): Valeurs des registres Octet 0 : Code Fonction = 84 (hexa) 18 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Lecture d une suite de plusieurs registres d entrée (Code Fonction 4) Lecture d un registre d entrée de référence 0 ( sur Modicon 984) : valeur lue : 1234 hexa Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Ecriture d une seule bobine (Code Fonction 5) Octet 0 : Code Fonction = 05 Octet 3 : FF => cible à 1 / 00 => bit cible à 0 Octet 4 : 00 Octet 0 : Code Fonction = 05 Octet 3 (écho): FF => cible à 1 / 00 => bit cible à 0 Octet 4 : 00 Octet 0 : Code Fonction = 85 (hexa) 20 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Ecriture d une seule bobine (Code Fonction 5) Ecriture d une bobine de référence 0 ( sur Modicon 984) : valeur écrite : FF FF Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Ecriture d un seul registre (Code Fonction 6) Octet 0 : Code Fonction = 06 Octets 3-4 : Valeur à écrire Octet 0 : Code Fonction = 06 Octets 3-4 : Valeur écrite Octet 0 : Code Fonction = 86 (hexa) 22 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Ecriture d un seul registre (Code Fonction 6) Ecriture d un registre de référence 0 ( sur Modicon 984) : valeur écrite : 1234 hexa

4 23 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Client / Serveur : Conception d un Client Etablir une connexion TCP sur le port 502 du serveur cible, à l aide de la primitive connect() Préparer une requête Modbus (conformément à ce qui a été précédemment décrit) Soumettre cette requête Modbus à la primitive send(), avec le préfixe Modbus / TCP dans le même buffer d émission Attendre une réponse sur cette même connexion TCP. Option : initialiser avec select() une temporisation de timeout 24 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Client / Serveur : Conception d un Client Avec recv(), lire les 6 premiers octets de la réponse, pour connaître la longueur effective du message de réponse. Utiliser recv() pour lire les octets restants Si aucune autre communication avec la cible n est attendue dans le futur immédiat future, fermer la connexion TCP 1 seconde conseillée comme durée maximale pendant laquelle une connexion pourra être laissée ouverte pour un client. Sur timeout en attente de la réponse, émettre une fermeture unilatérale de la connexion, en ouvrir une nouvelle, et soumettre à nouveau la requête. 25 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Client / Serveur : Conception d un Serveur Un serveur Modbus / TCP doit toujours être conçu pour pouvoir admettre plusieurs clients Modbus distincts (ceci permet à un client unique, le cas échéant, de fermer et rouvrir sans délai la connexion) Avec une pile conventionnelle de protocoles TCP, on réduira les tailles des buffers d émission et de réception: 8 k-octets, ou plus, normalement alloués au service TCP normal du buffer de réception de chaque connexion sur UNIX ou NT. taille maximum d une requête ou d une réponse Modbus/TCP inférieure à 300 octets Modèle mono ou multi-thread pour la gestion de plusieurs connexions. 26 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Les systèmes s exploitation ou langages encourageant l utilisation de multiples threads, comme JAVA, peuvent adopter ici une stratégie multithread : Utiliser listen() pour attendre des demandes de connexion entrantes, sur le port TCP 502 Lorsqu est reçue une demande connexion, utiliser accept() pour l accepter, et initialiser un nouveau thread pour gérer cette connexion. 27 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Sur le nouveau thread, effectuer ce qui suit en boucle infinie : Emettre une requête recv(6) pour se saisir de l en-tête Modbus/TCP (6 octets). Pas de time-out : attendre l arrivée d une nouvelle requête, ou la fermeture de la connexion (réveil automatique du thread). Analyser l en-tête. Si elle semble corrompue, effectuer de manière unilatérale la fermeture de la connexion. Emettre un recv() pour se saisir des octets restants du message. Note : l émission d un recv() avec une limite comme celle sur la longueur tolérera des clients envoyant des requêtes en pipe-line. Traiter ensuite le message Modbus arrivant, en supendant si nécessaire le thread courant, jusqu à ce qu une réponse correcte puisse être évaluée. (Message Modbus valide, ou message d exception. 28 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Traitement sur le nouveau thread -suite- : Générer le préfixe Modbus/TCP de la réponse: copie des octets 0 et 1 de la requête ( transaction ID'), et recalcul du champ longueur. Avec send(), soumettre cette réponse, préfixe Modbus /TCP inclus, comme un même buffer, pour émission sur la connexion. Revenir en arrière et attendre l arrivée du prochain enregistrement de 6 octets. Si le client ferme la connexion, le recv() sur les 6 octets de préfixe va passer en défaut. Une fermeture correcte se traduit normalement par un retour de byte count nul. Un forçage de fermeture pourra produire un retour d'erreur de la part du recv(). Dans un cas comme dans l autre, fermer la connexion, et annuler le thread courant. 29 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Initialiser plusieurs automates d état en les positionnant à idle Appeler un listen() pour accueillir les connexions sur le port 502 Lancer alors une boucle infinie se portant comme suit à l écoute du port, et des automates d état : Si une nouvelle demande de connexion arrive sur le port écouté, utiliser accept() pour l'accepter, et passer l un des automates d état de idle à new request, afin de traiter la connexion entrante. 30 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Si un automate d état se trouve dans l état new request : utiliser select() pour voir si une requête est arrivée. (timeout à 0 : pas de suspension du process sur inactivité de la connexion). Si select() indique qu il y a un paquet, utiliser recv(6) pour lire l en-tête. Si elle est corrompue, fermer la connexion et positionner l automate d états dans l état 'idle'. Si la lecture est correcte et si select() indique qu une nouvelle entrée est disponible, lire le reste de la requête. Lorsque le traitement de la requête est terminé, passer la session dans l état await response. Si le retour produit par recv() indique que la connexion n est plus utilisée, fermer cette connexion et positionner l automate d états dans l état 'idle'. 31 Ethernet TCP/IP - Protocole Modbus TCP Si un automate d état se trouve dans l état await response

5 Placer ensuite l automate d états dans l état new request Il est possible d'optimiser les performances en combinant les mulitples calls à select() en un seul et même call, selon une base cyclique, sans que cela affecte la structure fonctionnelle de l'application.

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