基于Netty的ModbusRtu和云服务器(java)通讯

上篇讲了modbus协议的基础。今天说下问题的场景及过程的困扰，断断续续历时个把月才把问题解决。

场景（农污）：站点分散分布在农村，不具备有线网络。每站点现场通过plc接现场设备，比如泵、液位计、鼓风机等设备，然后plc接dtu进行4G数据传输，dtu是透传，云服务器接受数据并进行设备数据的显示及反控。

关键词：modbus rtu over tcp（伪），modbusrtu netty

困扰过程：由于开始对modbus不熟悉，理解有大的误差，关键一点就是从机只等待主机发送信息再回复，从机就是现场的PLC设备。在这一点，一直理解有误。另外此问题据我理解根本不是modbus rtu over tcp方向也偏了。另外一点是本想通过modbus的成熟中间件去解决，但都行不通。

在此我借用一张图便于理解场景：

关键思路：dtu发送心跳，建立长连接，然后云服务器向从机发送指令，从机回复消息，这是明显modbusrtu通过4G进行数据传输，而不是通过modbus rtu over tcp。

关于通讯我选择了netty，基于springboot建立了通讯程序。下面我们先说说netty。

一、 选择netty

Netty是一个Java NIO技术的开源异步事件驱动的高性能网络编程框架，用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。往通俗了讲，可以将Netty理解为：一个将Java NIO进行了大量封装，并大大降低Java NIO使用难度和上手门槛的超牛逼框架。

Netty的主要组件及概念：

1）I/O：各种各样的流（文件、数组、缓冲、管道。。。）的处理（输入输出）；

2）Channel：通道，代表一个连接，每个Client请对会对应到具体的一个Channel；

3）ChannelPipeline：责任链，每个Channel都有且仅有一个ChannelPipeline与之对应，里面是各种各样的Handler；

4）handler：用于处理出入站消息及相应的事件，实现我们自己要的业务逻辑；

5）EventLoopGroup：I/O线程池，负责处理Channel对应的I/O事件；

6）ServerBootstrap：服务器端启动辅助对象；

7）Bootstrap：客户端启动辅助对象；

8）ChannelInitializer：Channel初始化器；

9）ChannelFuture：代表I/O操作的执行结果，通过事件机制，获取执行结果，通过添加监听器，执行我们想要的操作；

10）ByteBuf：字节序列，通过ByteBuf操作基础的字节数组和缓冲区。

二、 基于spring boot的netty

基于spring boot有netty有四种启动方式。

a.注解@PostConstruct

b.利用监听器启动

c.利用 ApplicationListener 上下文监听器

d.commiandLinerunner启动

本次项目选用的注解@PostConstruct。

三、 modbus中间件

java版的modbus中间件有不少。介绍如下：

Jamod：Java Modbus实现：Java Modbus库。该库由Dieter Wimberger实施。

ModbusPal：ModbusPal是一个正在进行的Java项目，用于创建逼真的Modbus从站模拟器。由于预定义的数学函数和/或Python脚本，寄存器值是动态生成的。ModbusPal依赖于RxTx进行串行通信，而Jython则依赖于脚本支持。

Modbus4J：Serotonin Software用Java编写的Modbus协议的高性能且易于使用的实现。支持ASCII，RTU，TCP和UDP传输作为从站或主站，自动请求分区，响应数据类型解析和节点扫描。

JLibModbus：JLibModbus是java语言中Modbus协议的一种实现。jSSC和RXTX用于通过串行端口进行通信。该库是一个经过积极测试和改进的项目。

项目开始时我也modbus4j进行了测试，不过由于项目采用dtu透传，所以并不适合。最终还是使用的netty。

四、 关键代码

项目开始时我也modbus4j进行了测试，不过由于项目采用dtu透传，所以并不适合。最终还是使用的netty。

Netty启动：

数据读取及处理：

以上代码解读：

（1）Dtu发送心跳，建立连接

（2）根据业务，服务器发送读取指令（读取）

（3）服务器处理响应指令，并对数据进行处理（反控）

通过界面按钮触发反控指令：

五、 调试工具

Modbus学习必备的三大神器分别是Modbus Poll、Modbus Slave及VSPD。

Modbus Poll软件主要用于仿真Modbus主站或Modbus客户端。

Modbus Slave软件主要用于仿真Modbus从站或Modbus服务器。

VSPD全称Configure Virtual Serial Port Driver，是用来给电脑创建虚拟串口使用的。