移植Modbus到STM32F103（3）：考虑可能的通讯错误，保证控制命令的可靠传输

由于各类缘由，传输过程当中总会出现各类异常。Modbus有LRC/CRC校验，有响应返回，还有异常码，对于传输中出现的异常有必定的发现能力。可是Modbus自己不进行纠错，纠错和重传由开发者定义。

根据通讯的原理，在一条不可靠的信道上传输的任何协议都不可能作到彻底可靠。即便是一个比较可靠的协议，也会存在一些极端状况，这些状况一旦出现，会让协议的纠错机制彻底失效。对此咱们要当心谨慎，让这些极端状况出现的几率尽量小。

分析一下Modbus通讯协议可能出现的错误，发现主要有四个来源：

1）某个查询/响应的协议帧错误，多是PDU错误，也多是ADU错误，对于ASCII模式，还有多是引导符和结束符错误；

2）某个查询/响应丢失，或者没在约定时间内送达，致使超时；

3）主机发出了错误的查询，如对不存在的寄存器进行读/写；

4）某个查询/响应的协议PDU传输错误，并且错误的PDU是合法的，刚好LRC/CRC也发生错误，协议帧没有报错，致使错误的查询/响应被接收。这种状况的几率比较低，但在噪音比较大的环境里会出现。

对这些异常状况进行排列组合，获得协议的可能状态：

一、主机的查询从机正确收到，并作出了正常响应，主机接收到正常响应。

二、主机的查询从机正确收到，并作出了正常响应，但从机返回的响应丢失或者被干扰产生了帧错误，主机等待超时。

三、（几率较低，这种状况主机没法纠错）主机的查询从机正确收到，并作出了正常响应，但从机返回的响应PDU传输错误，并且错误的PDU是合法的，刚好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，致使主机接收到了错误但合法的响应。

四、主机的查询从机正确收到，可是从机发现命令没法执行，返回异常响应，主机接收到包含异常码的响应。

五、主机的查询从机正确收到，可是从机发现命令没法执行，返回异常响应，但响应丢失或者包含帧错误，主机等待超时。

六、（几率极低，这种状况主机没法纠错，属于极端状况，不予考虑）主机的查询从机正确收到，可是从机发现命令没法执行，返回异常响应，但从机返回的响应PDU传输错误，刚好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，致使主机接收到了错误但合法的响应。

七、主机的查询从机没有收到，或从机发现收到的查询包含帧错误，从而不进行响应，主机等待超时。

八、（几率较低，但有可能致使从机执行错误的命令，对关键命令，须要当心这种状况的发生）主机的查询PDU传输错误，并且错误的PDU是合法的，刚好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，致使从机接收了错误的命令。从机返回了响应，主机接收到响应，发现响应是错误的。

九、（几率极低，但有可能致使从机执行错误的命令，对关键命令，须要当心这种状况的发生）主机的查询PDU传输错误，并且错误的PDU是合法的，刚好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，致使从机接收了错误的命令。从机返回了响应，但从机返回的响应丢失或者被干扰产生了帧错误，主机等待超时。

十、（几率极低，这种状况主机没法纠错，属于极端状况，不予考虑）主机的查询PDU传输错误，并且错误的PDU是合法的，刚好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，致使从机接收了错误的命令。从机返回了响应，但从机返回的响应PDU传输错误，并且错误的PDU是合法的，刚好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，致使主机接收到了“正确”的响应。

考虑对这些状况进行处理：

    状况1是正常通讯，状况4是主机的问题，这里不考虑；

    状况6和10出现的几率极低，并且很难纠错，这里也不考虑。

    状况3出现的几率较低，但若是出现的话很难纠错。因此若是从机的响应结果很重要，最好屡次重复查询，确保结果的准确。固然这属于主机端的事情，因此这里也很少说。

    状况二、五、七、9从机响应超时，状况8从机响应错误，这几种状况主机都能发现错误，因此若是给主机增长重传机制，就能够提升这几种状况下的可靠性。但若是主机发送的是关键的控制命令，好比高压脉冲的开关，刹车系统的启动，这些命令若是传输错误，可能带来没法挽回的损失。这些关键的控制命令，须要准确的送达，光靠主机的出错重传没法保证其可靠性。要提升这些命令传输的可靠性，必须对从机程序进行修改。

TCP/IP协议是一个经典的可靠协议，其三次握手四次挥手和给数据段进行编号的机制广负盛名。这些机制，经过损失有限的速度，便可极大地提升可靠性。

控制命令在Modbus协议里的传输，也能够采用相似的机制。好比，采用写寄存器功能码+控制寄存器地址+执行计数的格式传输控制命令，而不用写寄存器功能码+控制寄存器地址+固定控制代码的格式。从机端和主机端分别对控制命令的执行次数计数，只有从机发现本身的计数器等于收到的执行计数-1时，才会执行，不然返回异常码0x03。主机收到异常后响应后，查询从机的计数器。若是主机以前已经发过这个命令，此次是由于错误或超时重传的，且从机的计数器等于于主机的计数器，说明从机已经执行过该命令了，主机结束这一次控制。若是从机的计数不等于主机的计数器或者主机的计数器-1，说明从机或主机可能发生了故障，这时能够经过写从机里的另外一个寄存器来更新从机的计数器。