WiFi Modbus 應用：在 Filogic 開發板, 實現無線連網的資料收集
本文將在聯發科的 Filogic 130A 開發板上實現一個無線連網的資料收集方案， 利用工業常見的 Modbus 通訊協定收集產線設備的數據。隨著工廠智能化的發展，生產線上的設備，如：PLC、測儀器...都具有聯網的功能，並能提供即時的產線資訊輸出，因此後端需要一個資料收集的方案將產線資訊整合。Filogic 130A 這塊板子除了無線連網功能外，還有 SD 卡介面和 FAT 檔案管理系統，請參考影片連結："Implement SD + FTP server on Filogic 130A" https://youtu.be/C8EW4fvFUds。接下來，本文要介紹板子的 SDK [1] 所提供的 DNS (Domain Name System) 和 NTP (Network Time Procotol)，並實現 Modbus 通訊功能，最後將數據資料依據當下的時間實時地記錄到 SD 卡裡面。完整的教學影片連結：https://youtu.be/TPryHb3H2oM
DSN & NTP
關於數據收集，首先遇到第一個問題是時間，板子需要一個本地時間。因此，我們採用 NTP 協定取得網路時間，以便板子開機後能同步為本地時間。再者，另一個問題是 NTP 服務器常以 domain name 方式呈現，非 IP 位址方式。所以，我們還需要 DNS 的功能，將服務器的網域名稱轉成實體 IP 位址，這樣才能取得網路時間。這段正是要說明這塊 Filogic 開發板如何做到 DNS 和 NTP 的功能。
在 Filogic 提供的 SDK 裡頭，它整合了一個第三方開源碼，為 LwIP (Light Weight IP)，是一個 TCP/IP protocol stack。DNS 正是裡面所支援的通訊協定之一，因此我們只要呼叫 LwIP 函數庫就可以使用 DNS 的服務，如下所示。調用 dns_gethostbyname 函數，再給定一個自己的 callback 函數，這樣就能取得 domain name 的 IP 位址了。
dns_init(); // 初始化 DNS
ipaddr_aton("8.8.8.8", &rIP);
dns_setserver(1, &rIP); // 設定 DNS 服務器
再來，關於 NTP 協定，雖然在 SDK 裡頭有這部分的源碼，但是 NTP 並沒有整合到系統的Makefile，所以需要我們手動地將它加到 module.mk 檔案裡，sntp.c 存放的目錄如下：
SNTP_SRC = middleware/third_party/lwip/src/apps/sntp
#source file
C_FILES += $(SNTP_SRC)/sntp.c
CFLAGS += -I$(SOURCE_DIR)/middleware/third_party/lwip/src/include/lwip/apps
然後，我們才能呼叫其函數庫，調用的方式如下。不過，sntp.c 程式碼直接拿來用還是有一點問題，需要自行再修改一下，才能符合自己的需求。
sntp_setoperatingmode( SNTP_OPMODE_POLL );
sntp_setserver(0, &hostIp); // 設定 NTP 服務器的IP
sntp_init(); // 啟動 NTP，取得時間
vTaskDelay(100);
ut = time(NULL) + sntp_timestamp + (8*60*60); // 加上 time zone
printf("%s\n", ctime(&ut));
最後測試的結果會獲得目前 UTC 的時間，然後再加上本地的時區就能得到本地時間。
Modbus 協定
在工業設備的應用上，設備間的通訊以 Modbus 協定[2]為常見的標準之一。然而，在實體層線路的連接，常見以網路、RS-232、RS-485 等媒介相通，所以程式碼有 Modbus over TCP 或 Modbus over RS-232 之分。在這塊開發板上，實作一個 Modbus 資料擷取的程式，試著從設備讀取位址的數值，再記錄到 SD 卡裡。
下圖所示，我們使用一個 ModSlave 工具在電腦上模擬工業設備的數據，而 Filogic 開發板每秒發出讀取資料的封包，我們再從 COM port 驗證數據收到的時間，比對兩邊的資料無誤。最後，這些數據依據我們希望的格式寫入 SD 卡內，完成收集的動作。
參考資料
[2] Modbus Application Protocol Spec V1.1b3
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