移植Modbus到STM32F103（3）：考慮可能的通訊錯誤，保證控制命令的可靠傳輸

由於各類緣由，傳輸過程當中總會出現各類異常。Modbus有LRC/CRC校驗，有響應返回，還有異常碼，對於傳輸中出現的異常有必定的發現能力。可是Modbus自己不進行糾錯，糾錯和重傳由開發者定義。

根據通訊的原理，在一條不可靠的信道上傳輸的任何協議都不可能作到徹底可靠。即便是一個比較可靠的協議，也會存在一些極端狀況，這些狀況一旦出現，會讓協議的糾錯機制徹底失效。對此咱們要當心謹慎，讓這些極端狀況出現的機率儘量小。

分析一下Modbus通訊協議可能出現的錯誤，發現主要有四個來源：

1）某個查詢/響應的協議幀錯誤，多是PDU錯誤，也多是ADU錯誤，對於ASCII模式，還有多是引導符和結束符錯誤；

2）某個查詢/響應丟失，或者沒在約定時間內送達，致使超時；

3）主機發出了錯誤的查詢，如對不存在的寄存器進行讀/寫；

4）某個查詢/響應的協議PDU傳輸錯誤，並且錯誤的PDU是合法的，剛好LRC/CRC也發生錯誤，協議幀沒有報錯，致使錯誤的查詢/響應被接收。這種狀況的機率比較低，但在噪音比較大的環境裏會出現。

對這些異常狀況進行排列組合，獲得協議的可能狀態：

一、主機的查詢從機正確收到，並作出了正常響應，主機接收到正常響應。

二、主機的查詢從機正確收到，並作出了正常響應，但從機返回的響應丟失或者被幹擾產生了幀錯誤，主機等待超時。

三、（機率較低，這種狀況主機沒法糾錯）主機的查詢從機正確收到，並作出了正常響應，但從機返回的響應PDU傳輸錯誤，並且錯誤的PDU是合法的，剛好LRC/CRC同時發生了錯誤，協議幀沒有報錯，致使主機接收到了錯誤但合法的響應。

四、主機的查詢從機正確收到，可是從機發現命令沒法執行，返回異常響應，主機接收到包含異常碼的響應。

五、主機的查詢從機正確收到，可是從機發現命令沒法執行，返回異常響應，但響應丟失或者包含幀錯誤，主機等待超時。

六、（機率極低，這種狀況主機沒法糾錯，屬於極端狀況，不予考慮）主機的查詢從機正確收到，可是從機發現命令沒法執行，返回異常響應，但從機返回的響應PDU傳輸錯誤，剛好LRC/CRC同時發生了錯誤，協議幀沒有報錯，致使主機接收到了錯誤但合法的響應。

七、主機的查詢從機沒有收到，或從機發現收到的查詢包含幀錯誤，從而不進行響應，主機等待超時。

八、（機率較低，但有可能致使從機執行錯誤的命令，對關鍵命令，須要當心這種狀況的發生）主機的查詢PDU傳輸錯誤，並且錯誤的PDU是合法的，剛好LRC/CRC同時發生了錯誤，協議幀沒有報錯，致使從機接收了錯誤的命令。從機返回了響應，主機接收到響應，發現響應是錯誤的。

九、（機率極低，但有可能致使從機執行錯誤的命令，對關鍵命令，須要當心這種狀況的發生）主機的查詢PDU傳輸錯誤，並且錯誤的PDU是合法的，剛好LRC/CRC同時發生了錯誤，協議幀沒有報錯，致使從機接收了錯誤的命令。從機返回了響應，但從機返回的響應丟失或者被幹擾產生了幀錯誤，主機等待超時。

十、（機率極低，這種狀況主機沒法糾錯，屬於極端狀況，不予考慮）主機的查詢PDU傳輸錯誤，並且錯誤的PDU是合法的，剛好LRC/CRC同時發生了錯誤，協議幀沒有報錯，致使從機接收了錯誤的命令。從機返回了響應，但從機返回的響應PDU傳輸錯誤，並且錯誤的PDU是合法的，剛好LRC/CRC同時發生了錯誤，協議幀沒有報錯，致使主機接收到了「正確」的響應。

考慮對這些狀況進行處理：

    狀況1是正常通訊，狀況4是主機的問題，這裏不考慮；

    狀況6和10出現的機率極低，並且很難糾錯，這裏也不考慮。

    狀況3出現的機率較低，但若是出現的話很難糾錯。因此若是從機的響應結果很重要，最好屢次重複查詢，確保結果的準確。固然這屬於主機端的事情，因此這裏也很少說。

    狀況二、五、七、9從機響應超時，狀況8從機響應錯誤，這幾種狀況主機都能發現錯誤，因此若是給主機增長重傳機制，就能夠提升這幾種狀況下的可靠性。但若是主機發送的是關鍵的控制命令，好比高壓脈衝的開關，剎車系統的啓動，這些命令若是傳輸錯誤，可能帶來沒法挽回的損失。這些關鍵的控制命令，須要準確的送達，光靠主機的出錯重傳沒法保證其可靠性。要提升這些命令傳輸的可靠性，必須對從機程序進行修改。

TCP/IP協議是一個經典的可靠協議，其三次握手四次揮手和給數據段進行編號的機制廣負盛名。這些機制，經過損失有限的速度，便可極大地提升可靠性。

控制命令在Modbus協議裏的傳輸，也能夠採用相似的機制。好比，採用寫寄存器功能碼+控制寄存器地址+執行計數的格式傳輸控制命令，而不用寫寄存器功能碼+控制寄存器地址+固定控制代碼的格式。從機端和主機端分別對控制命令的執行次數計數，只有從機發現本身的計數器等於收到的執行計數-1時，纔會執行，不然返回異常碼0x03。主機收到異常後響應後，查詢從機的計數器。若是主機以前已經發過這個命令，此次是由於錯誤或超時重傳的，且從機的計數器等於於主機的計數器，說明從機已經執行過該命令了，主機結束這一次控制。若是從機的計數不等於主機的計數器或者主機的計數器-1，說明從機或主機可能發生了故障，這時能夠經過寫從機裏的另外一個寄存器來更新從機的計數器。