Rust 语言实现 Modbus/TCP 协议解析器
工业自动化领域中的可编程逻辑控制器（PLC）是现代工业生产中不可或缺的设备。Modbus 是一种广泛应用于工业自动化领域的通信协议，它允许PLC与其他设备进行通信。Modbus/TCP 是 Modbus 协议的一种实现，它基于 TCP/IP 网络进行通信。本文将使用 Rust 语言实现一个 Modbus/TCP 协议解析器，以展示 Rust 在工业通信协议解析领域的应用。
Rust 语言简介
Rust 是一种系统编程语言，由 Mozilla Research 开发。它旨在提供高性能、内存安全以及并发编程的能力。Rust 的这些特性使其成为实现工业通信协议解析器的理想选择。
Modbus/TCP 协议概述
Modbus/TCP 是一种基于 TCP/IP 的通信协议，它使用 TCP 连接来保证数据的可靠传输。Modbus/TCP 协议的数据包格式如下：
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| Transaction Identifier | Protocol Identifier | Length | Unit Identifier |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| | | | | | | | |
| | | | | | | | |
| | | | | | | | |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
| | | | | | | | |
| | | | | | | | |
| | | | | | | | |
+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+
- Transaction Identifier：事务标识符，用于标识一个 Modbus/TCP 请求或响应。
- Protocol Identifier：协议标识符，对于 Modbus/TCP，该值为 0x0000。
- Length：长度字段，表示后续字节数据的长度。
- Unit Identifier：单元标识符，用于标识 Modbus 设备。
- 数据字段：包含 Modbus 请求或响应的具体数据。
Rust 实现步骤
1. 创建项目
使用 Cargo 创建一个新的 Rust 项目：
sh
cargo new modbus_tcp_parser
cd modbus_tcp_parser
2. 添加依赖
在 `Cargo.toml` 文件中添加必要的依赖：
toml
[dependencies]
byteorder = "1.3.4"
tokio = { version = "1", features = ["full"] }
tokio-tungstenite = "0.15.0"
tungstenite = "0.14.0"
3. 编写 Modbus/TCP 解析器
在 `src/main.rs` 文件中，编写 Modbus/TCP 解析器的核心逻辑：
rust
use byteorder::{LittleEndian, ReadBytesExt};
use tokio::net::TcpStream;
use tokio_tungstenite::{connect_async, tungstenite::protocol::Message};
use tungstenite::Error;
[derive(Debug)]
struct ModbusTcpRequest {
transaction_id: u16,
protocol_id: u16,
length: u16,
unit_id: u8,
function_code: u8,
data: Vec,
}
[derive(Debug)]
struct ModbusTcpResponse {
transaction_id: u16,
protocol_id: u16,
length: u16,
unit_id: u8,
function_code: u8,
data: Vec,
}
impl ModbusTcpRequest {
fn new(transaction_id: u16, protocol_id: u16, unit_id: u8, function_code: u8, data: Vec) -> Self {
ModbusTcpRequest {
transaction_id,
protocol_id,
length: data.len() as u16,
unit_id,
function_code,
data,
}
}
}
impl ModbusTcpResponse {
fn new(transaction_id: u16, protocol_id: u16, unit_id: u8, function_code: u8, data: Vec) -> Self {
ModbusTcpResponse {
transaction_id,
protocol_id,
length: data.len() as u16,
unit_id,
function_code,
data,
}
}
}
async fn parse_modbus_tcp_message(message: Message) -> Result {
let mut reader = message.into_data();
let transaction_id = reader.read_u16::()?;
let protocol_id = reader.read_u16::()?;
let length = reader.read_u16::()?;
let unit_id = reader.read_u8()?;
let function_code = reader.read_u8()?;
let data = reader.read_to_end()?;
Ok(ModbusTcpResponse::new(
transaction_id,
protocol_id,
unit_id,
function_code,
data,
))
}
[tokio::main]
async fn main() {
let url = "ws://localhost:9001";
let (mut socket, _) = connect_async(url).await.expect("Failed to connect");
let request = ModbusTcpRequest::new(1, 0x0000, 1, 0x03, vec![0x00, 0x01, 0x00, 0x00]);
let message = Message::Binary(request.data.into());
socket.write_message(message).await.expect("Failed to send message");
let response = socket.read_message().await.expect("Failed to read message");
let response = parse_modbus_tcp_message(response).expect("Failed to parse message");
println!("Response: {:?}", response);
}
4. 运行程序
在终端中运行以下命令来编译并运行程序：
sh
cargo run
总结
本文使用 Rust 语言实现了 Modbus/TCP 协议解析器，展示了 Rust 在工业通信协议解析领域的应用。Rust 的内存安全、并发编程以及高性能特性使其成为实现此类应用程序的理想选择。通过本文的示例，读者可以了解到如何使用 Rust 语言进行 Modbus/TCP 协议解析，并在此基础上进行扩展和优化。
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