严智鑫
2025-06-13 d14cdaf28222bfef468185e34de7c823f1436b19
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
package com.mes.connect.modbus;
 
import com.mes.connect.IndustrialInterface.AddressParser;
import com.mes.connect.IndustrialInterface.IndustrialDataHandler;
import com.mes.connect.IndustrialInterface.IndustrialServer;
import com.mes.connect.addressParser.ModbusIpAddressParser;
 
import java.io.IOException;
import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.logging.Logger;
 
/**
 * Modbus IP服务器实现(基于UDP)
 */
public class ModbusIpServer implements IndustrialServer {
    private static final Logger logger = Logger.getLogger(ModbusIpServer.class.getName());
    private DatagramSocket serverSocket;
    private Thread serverThread;
    private boolean running;
    private IndustrialDataHandler handler;
    private final int port;
    private final ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
    private final AddressParser addressParser = new ModbusIpAddressParser();
 
    public ModbusIpServer(int port) {
        this.port = port;
    }
 
    @Override
    public synchronized void start() throws IOException {
        if (!running) {
            serverSocket = new DatagramSocket(port);
            serverThread = new Thread(this::serverLoop);
            serverThread.setDaemon(true);
            serverThread.start();
            running = true;
            logger.info("Modbus IP (UDP) server started on port " + port);
        }
    }
 
    @Override
    public synchronized void stop() {
        if (running) {
            running = false;
            try {
                if (serverSocket != null) {
                    serverSocket.close();
                }
                if (serverThread != null) {
                    serverThread.interrupt();
                    serverThread.join(1000);
                }
                threadPool.shutdownNow();
            } catch (InterruptedException e) {
                logger.warning("Error stopping Modbus IP server: " + e.getMessage());
            } finally {
                serverSocket = null;
                serverThread = null;
                logger.info("Modbus IP (UDP) server stopped");
            }
        }
    }
 
    @Override
    public boolean isRunning() {
        return running;
    }
 
    @Override
    public void setDataHandler(IndustrialDataHandler handler) {
        this.handler = handler;
    }
 
    @Override
    public void close() throws IOException {
        stop();
    }
 
    private void serverLoop() {
        byte[] receiveBuffer = new byte[1024];
 
        while (running) {
            try {
                DatagramPacket receivePacket = new DatagramPacket(receiveBuffer, receiveBuffer.length);
                serverSocket.receive(receivePacket);
 
                threadPool.submit(() -> handleRequest(receivePacket));
            } catch (IOException e) {
                if (running) {
                    logger.warning("Error receiving packet: " + e.getMessage());
                }
            }
        }
    }
 
    private void handleRequest(DatagramPacket requestPacket) {
        byte[] requestData = new byte[requestPacket.getLength()];
        System.arraycopy(requestPacket.getData(), requestPacket.getOffset(), requestData, 0, requestPacket.getLength());
 
        try {
            byte[] responseData = processRequest(requestData);
 
            DatagramPacket responsePacket = new DatagramPacket(
                    responseData,
                    responseData.length,
                    requestPacket.getAddress(),
                    requestPacket.getPort()
            );
 
            serverSocket.send(responsePacket);
        } catch (Exception e) {
            logger.warning("Error processing request: " + e.getMessage());
        }
    }
 
    private byte[] processRequest(byte[] request) {
        int transactionId = ((request[0] & 0xFF) << 8) | (request[1] & 0xFF);
        int unitId = request[6] & 0xFF;
        int functionCode = request[7] & 0xFF;
 
        try {
            switch (functionCode) {
                case 1: // 读线圈
                    return handleReadCoils(request, transactionId, unitId);
                case 2: // 读离散输入
                    return handleReadDiscreteInputs(request, transactionId, unitId);
                case 3: // 读保持寄存器
                    return handleReadHoldingRegisters(request, transactionId, unitId);
                case 4: // 读输入寄存器
                    return handleReadInputRegisters(request, transactionId, unitId);
                case 5: // 写单个线圈
                    return handleWriteSingleCoil(request, transactionId, unitId);
                case 6: // 写单个寄存器
                    return handleWriteSingleRegister(request, transactionId, unitId);
                case 15: // 写多个线圈
                    return handleWriteMultipleCoils(request, transactionId, unitId);
                case 16: // 写多个寄存器
                    return handleWriteMultipleRegisters(request, transactionId, unitId);
                default:
                    return buildExceptionResponse(transactionId, unitId, functionCode, 1); // 不支持的功能码
            }
        } catch (Exception e) {
            logger.warning("Error processing request: " + e.getMessage());
            return buildExceptionResponse(transactionId, unitId, functionCode, 4); // 服务器设备故障
        }
    }
    private byte[] handleReadCoils(byte[] request, int transactionId, int unitId) {
        int address = ((request[8] & 0xFF) << 8) | (request[9] & 0xFF);
        int quantity = ((request[10] & 0xFF) << 8) | (request[11] & 0xFF);
 
        if (quantity > 2000) {
            return buildExceptionResponse(transactionId, unitId, 1, 3); // 请求数量过大
        }
 
        byte[] response = new byte[9 + (quantity + 7) / 8];
        response[0] = (byte) (transactionId >> 8);
        response[1] = (byte) transactionId;
        response[2] = 0; // 协议标识符高字节
        response[3] = 0; // 协议标识符低字节
        response[4] = 0; // 长度高字节
        response[5] = (byte) (response.length - 6); // 长度低字节
        response[6] = (byte) unitId;
        response[7] = 1; // 功能码
        response[8] = (byte) ((quantity + 7) / 8); // 字节数
 
        // 填充线圈数据
        for (int i = 0; i < quantity; i++) {
            String addressStr = String.format("MB.0x%04d.%d", address + i, 0);
            boolean value = handler.handleReadBit(addressStr);
            int byteIndex = 9 + i / 8;
            int bitIndex = i % 8;
            if (value) {
                response[byteIndex] |= (1 << bitIndex);
            }
        }
 
        return response;
    }
    private byte[] handleReadDiscreteInputs(byte[] request, int transactionId, int unitId) {
        int address = ((request[8] & 0xFF) << 8) | (request[9] & 0xFF);
        int quantity = ((request[10] & 0xFF) << 8) | (request[11] & 0xFF);
 
        if (quantity > 2000) {
            return buildExceptionResponse(transactionId, unitId, 2, 3); // 请求数量过大
        }
 
        byte[] response = new byte[9 + (quantity + 7) / 8];
        response[0] = (byte) (transactionId >> 8);
        response[1] = (byte) transactionId;
        response[2] = 0; // 协议标识符高字节
        response[3] = 0; // 协议标识符低字节
        response[4] = 0; // 长度高字节
        response[5] = (byte) (response.length - 6); // 长度低字节
        response[6] = (byte) unitId;
        response[7] = 2; // 功能码
        response[8] = (byte) ((quantity + 7) / 8); // 字节数
 
        // 填充离散输入数据
        for (int i = 0; i < quantity; i++) {
            String addressStr = String.format("MB.1x%04d.%d", address + i, 0);
            boolean value = handler.handleReadBit(addressStr);
            int byteIndex = 9 + i / 8;
            int bitIndex = i % 8;
            if (value) {
                response[byteIndex] |= (1 << bitIndex);
            }
        }
 
        return response;
    }
 
    private byte[] handleReadInputRegisters(byte[] request, int transactionId, int unitId) {
        int address = ((request[8] & 0xFF) << 8) | (request[9] & 0xFF);
        int quantity = ((request[10] & 0xFF) << 8) | (request[11] & 0xFF);
 
        if (quantity > 125) {
            return buildExceptionResponse(transactionId, unitId, 4, 3); // 请求数量过大
        }
 
        byte[] response = new byte[9 + quantity * 2];
        response[0] = (byte) (transactionId >> 8);
        response[1] = (byte) transactionId;
        response[2] = 0; // 协议标识符高字节
        response[3] = 0; // 协议标识符低字节
        response[4] = 0; // 长度高字节
        response[5] = (byte) (response.length - 6); // 长度低字节
        response[6] = (byte) unitId;
        response[7] = 4; // 功能码
        response[8] = (byte) (quantity * 2); // 字节数
 
        // 填充输入寄存器数据
        for (int i = 0; i < quantity; i++) {
            String addressStr = String.format("MB.3x%04d", address + i);
            int value = handler.handleReadRegister(addressStr);
            int byteIndex = 9 + i * 2;
            response[byteIndex] = (byte) (value >> 8);
            response[byteIndex + 1] = (byte) value;
        }
 
        return response;
    }
 
    private byte[] handleReadHoldingRegisters(byte[] request, int transactionId, int unitId) {
        int address = ((request[8] & 0xFF) << 8) | (request[9] & 0xFF);
        int quantity = ((request[10] & 0xFF) << 8) | (request[11] & 0xFF);
 
        if (quantity > 125) {
            return buildExceptionResponse(transactionId, unitId, 3, 3); // 请求数量过大
        }
 
        byte[] response = new byte[9 + quantity * 2];
        response[0] = (byte) (transactionId >> 8);
        response[1] = (byte) transactionId;
        response[2] = 0; // 协议标识符高字节
        response[3] = 0; // 协议标识符低字节
        response[4] = 0; // 长度高字节
        response[5] = (byte) (response.length - 6); // 长度低字节
        response[6] = (byte) unitId;
        response[7] = 3; // 功能码
        response[8] = (byte) (quantity * 2); // 字节数
 
        // 填充保持寄存器数据
        for (int i = 0; i < quantity; i++) {
            String addressStr = String.format("MB.4x%04d", address + i);
            int value = handler.handleReadRegister(addressStr);
            int byteIndex = 9 + i * 2;
            response[byteIndex] = (byte) (value >> 8);
            response[byteIndex + 1] = (byte) value;
        }
 
        return response;
    }
 
    private byte[] handleWriteSingleCoil(byte[] request, int transactionId, int unitId) {
        int address = ((request[8] & 0xFF) << 8) | (request[9] & 0xFF);
        int value = ((request[10] & 0xFF) << 8) | (request[11] & 0xFF);
 
        boolean coilValue = (value == 0xFF00);
        String addressStr = String.format("MB.0x%04d.%d", address, 0);
 
        handler.handleWriteBit(addressStr, coilValue);
 
        // 返回与请求相同的数据作为确认
        byte[] response = new byte[12];
        System.arraycopy(request, 0, response, 0, 12);
        return response;
    }
 
    private byte[] handleWriteSingleRegister(byte[] request, int transactionId, int unitId) {
        int address = ((request[8] & 0xFF) << 8) | (request[9] & 0xFF);
        int value = ((request[10] & 0xFF) << 8) | (request[11] & 0xFF);
 
        String addressStr = String.format("MB.4x%04d", address);
        handler.handleWriteRegister(addressStr, value);
 
        // 返回与请求相同的数据作为确认
        byte[] response = new byte[12];
        System.arraycopy(request, 0, response, 0, 12);
        return response;
    }
 
    private byte[] handleWriteMultipleCoils(byte[] request, int transactionId, int unitId) {
        int address = ((request[8] & 0xFF) << 8) | (request[9] & 0xFF);
        int quantity = ((request[10] & 0xFF) << 8) | (request[11] & 0xFF);
        int byteCount = request[12] & 0xFF;
 
        if (quantity > 1968) {
            return buildExceptionResponse(transactionId, unitId, 15, 3); // 请求数量过大
        }
 
        // 处理线圈值
        for (int i = 0; i < quantity; i++) {
            int byteIndex = 13 + i / 8;
            int bitIndex = i % 8;
            boolean value = ((request[byteIndex] & (1 << bitIndex)) != 0);
            String addressStr = String.format("MB.0x%04d.%d", address + i, 0);
            handler.handleWriteBit(addressStr, value);
        }
 
        // 构建响应
        byte[] response = new byte[12];
        response[0] = (byte) (transactionId >> 8);
        response[1] = (byte) transactionId;
        response[2] = 0; // 协议标识符高字节
        response[3] = 0; // 协议标识符低字节
        response[4] = 0; // 长度高字节
        response[5] = 6; // 长度低字节
        response[6] = (byte) unitId;
        response[7] = 15; // 功能码
        response[8] = (byte) (address >> 8); // 起始地址高字节
        response[9] = (byte) address; // 起始地址低字节
        response[10] = (byte) (quantity >> 8); // 数量高字节
        response[11] = (byte) quantity; // 数量低字节
 
        return response;
    }
 
    private byte[] handleWriteMultipleRegisters(byte[] request, int transactionId, int unitId) {
        int address = ((request[8] & 0xFF) << 8) | (request[9] & 0xFF);
        int quantity = ((request[10] & 0xFF) << 8) | (request[11] & 0xFF);
        int byteCount = request[12] & 0xFF;
 
        if (quantity > 123) {
            return buildExceptionResponse(transactionId, unitId, 16, 3); // 请求数量过大
        }
 
        int[] values = new int[quantity];
 
        // 解析寄存器值
        for (int i = 0; i < quantity; i++) {
            int byteIndex = 13 + i * 2;
            values[i] = ((request[byteIndex] & 0xFF) << 8) | (request[byteIndex + 1] & 0xFF);
        }
 
        // 处理写入请求
        String addressStr = String.format("MB.4x%04d", address);
        handler.handleWriteRegisters(addressStr, values);
 
        // 构建响应
        byte[] response = new byte[12];
        response[0] = (byte) (transactionId >> 8);
        response[1] = (byte) transactionId;
        response[2] = 0; // 协议标识符高字节
        response[3] = 0; // 协议标识符低字节
        response[4] = 0; // 长度高字节
        response[5] = 6; // 长度低字节
        response[6] = (byte) unitId;
        response[7] = 16; // 功能码
        response[8] = (byte) (address >> 8); // 起始地址高字节
        response[9] = (byte) address; // 起始地址低字节
        response[10] = (byte) (quantity >> 8); // 数量高字节
        response[11] = (byte) quantity; // 数量低字节
 
        return response;
    }
 
    private byte[] buildExceptionResponse(int transactionId, int unitId, int functionCode, int exceptionCode) {
        byte[] response = new byte[9];
        response[0] = (byte) (transactionId >> 8);
        response[1] = (byte) transactionId;
        response[2] = 0; // 协议标识符高字节
        response[3] = 0; // 协议标识符低字节
        response[4] = 0; // 长度高字节
        response[5] = 3; // 长度低字节
        response[6] = (byte) unitId;
        response[7] = (byte) (functionCode + 0x80); // 异常功能码
        response[8] = (byte) exceptionCode; // 异常码
        return response;
    }
}