Утилита modbus-slave. Эмулятор Modbus RTU датчиков

Когда разрабатываешь систему мониторинга или SCADA, часто нужно протестировать опрос датчиков — но реального оборудования под рукой нет. Или нужно показать демо заказчику без физических устройств. Или хочется отладить логику мастера не выезжая на объект.

Именно для этого мы написали modbus_slave — эмулятор Modbus RTU slave устройств на C, который работает на Linux и Windows, не требует зависимостей и умеет отдавать реальные данные из файлов.

Что умеет

• Эмулирует до 30 независимых Modbus RTU устройств на одном последовательном порту
• Каждое устройство отвечает на FC03 (Read Holding Registers), 20 регистров
• Значения регистров — случайные (для тестирования) или из файла (реальные данные)
• Работает на Linux x86_64, aarch64 (NAPI2, RK3568, Raspberry Pi) и Windows x64
• Поддерживает RS-485 — RTS direction control через DTS/GPIO
• Режим демона с логами в syslog и systemd service для автозапуска
• Защита от устаревших данных — если скрипт-источник упал, регистры возвращают нули
• Один статический бинарь без зависимостей — скопировал и запустил

Архитектура

Идея простая: один процесс слушает RS-485 шину и отвечает на запросы от любого из 30 адресов. Для мастера это выглядит как несколько физических устройств на линии — он не видит разницы.

Мастер (PC/ПЛК)          RS-485 шина          modbus_slave (NAPI2)
  mbpoll -a 1    ──────────────────────────►   slave ID 1 → /tmp/cpu.dat
  mbpoll -a 2    ──────────────────────────►   slave ID 2 → /tmp/time.dat
  mbpoll -a 3    ──────────────────────────►   slave ID 3 → random

Регистры читаются из обычных текстовых файлов — одно число на строку. Файлы живут в /tmp (tmpfs — RAM диск), SD карта не изнашивается.

Быстрый старт

Установка на NAPI2 / aarch64

# Скачать статический бинарь
wget https://github.com/lab240/modpoll-slave/raw/main/bin/modbus_slave_aarch64
chmod +x modbus_slave_aarch64

# Запустить — 3 датчика, порт ttyS7
./modbus_slave_aarch64 -p /dev/ttyS7 -b 115200 -a 3

Запуск на Windows

modbus_slave.exe -p COM4 -b 115200 -a 3

Проверка с mbpoll

mbpoll -m rtu -b 115200 -P none -a 1 -r 1 -c 20 /dev/ttyUSB0

Реальные данные из файлов

Самое интересное — каждому slave можно привязать файл с реальными значениями. Формат простой: одно целое число на строку.

# Запуск: slave 1 читает данные CPU, slave 2 — время, slave 3 — рандом
./modbus_slave -p /dev/ttyS7 -b 115200 -a 3 \
    -f 1:/tmp/cpu.dat \
    -f 2:/tmp/time.dat

Файл обновляется внешним скриптом атомарно через mv — никакой гонки данных:

# Температура ядер CPU (°C × 100)
while true; do
    for zone in /sys/class/thermal/thermal_zone*/temp; do
        val=$(( $(cat $zone) / 10 ))
        echo $val
    done > /tmp/cpu.tmp
    mv /tmp/cpu.tmp /tmp/cpu.dat
    sleep 5
done

Значение 4523 в регистре означает 45.23 °C — стандартное соглашение для передачи дробных чисел в Modbus.

Защита от падения скриптов

Если скрипт обновления данных упал — файл перестаёт обновляться, но данные в нём остаются старые. Мастер продолжал бы читать устаревшие значения.

Параметр -t задаёт максимальный возраст файла:

./modbus_slave -p /dev/ttyS7 -b 115200 -f 1:/tmp/cpu.dat -t 10

Если файл не обновлялся более 10 секунд — все регистры возвращают 0. Это сразу видно мастеру и SCADA системе. В лог пишется предупреждение (не чаще раза в минуту чтобы не спамить):

file /tmp/cpu.dat is stale (45s > 10s), returning zeros

По умолчанию t=10. Отключить: -t 0.

Режим демона и systemd

# Запуск как демон
./modbus_slave -d -p /dev/ttyS7 -b 115200 -a 3 -f 1:/tmp/cpu.dat

# Статус
./modbus_slave -s

# Остановка
./modbus_slave -k

# Логи
journalctl -t modbus_slave -f

Для автозапуска при загрузке — systemd service:

sudo cp modbus_slave /usr/local/bin/
sudo cp service/modbus_slave.service /etc/systemd/system/
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable --now modbus_slave

Статистика запросов пишется в лог каждые 60 секунд:

stats: slaves=3 total_ok=12480 total_err=0

Windows

На Windows всё то же самое, только порт называется COM4 вместо /dev/ttyS7, файлы в C:\temp\ вместо /tmp/, и -bg вместо -d:

modbus_slave.exe -bg -p COM4 -b 115200 -a 3 ^
    -f 1:C:\temp\cpu.dat ^
    -f 2:C:\temp\time.dat

Логи пишутся в C:\temp\modbus_slave.log.

Сборка из исходников

Код разделён на три файла:

Файл	Содержимое
modbus_core.h	Вся логика Modbus: CRC16, FC03, файлы, статистика
modbus_slave.c	Linux: termios, fork, syslog, /proc
modbus_slave_win.c	Windows: Win32 API, CreateFile, DCB

# Linux x86_64
gcc -O2 -Wall -o modbus_slave src/modbus_slave.c

# Linux aarch64 статический
aarch64-linux-gnu-gcc -O2 -Wall -static -o modbus_slave_aarch64 src/modbus_slave.c

# Windows .exe с Linux
x86_64-w64-mingw32-gcc -O2 -Wall -o modbus_slave.exe src/modbus_slave_win.c

Итог

modbus_slave решает конкретную задачу — дать возможность разрабатывать и тестировать Modbus мастер без реального железа, или превратить одноплатный компьютер в многоканальный шлюз данных в Modbus.

Код открытый, собирается одной командой, работает на том же NAPI2 где и всё остальное.

Репозиторий: github.com/lab240/modpoll-slave