flowzl/softbus_OPC
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softbus_OPC/docs/softbus_edge.md
flower_linux ebff25e0d5 phase 2 tcp
2026-06-12 21:23:21 +08:00

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softbus_edge

路径： src/softbus_edge
构建目标： softbus_edge（EXECUTABLE）
层级： L3 可执行层

1. 概述

softbus_edge 是边缘代理进程，运行在靠近现场设备的一侧，负责：

  • 物理域采集（ingress）：按 physical_*.json 轮询 Modbus / CANopen / 裸以太网设备，产出 RawPacket
  • 上行（egress/uplink）：经 TCP 将 RawPacket、心跳、注册信息发送给 softbus_daemon
  • 下行（egress）：接收 daemon 下发的 ExecuteCommand，写回物理设备（Modbus 写寄存器等）

edge 不加载逻辑点表、不操作 OPC UA、不运行 protocol_modbus 插件。协议解析与 OPC 绑定均在 daemon 侧完成。

模式 说明
正常模式 CompositeIngress（Modbus + CANopen + Eth），读真实硬件
Mock 模式 --mock，无硬件，模拟 Modbus 帧上行
独立模式 daemon 未启动时 edge 仍可运行，后台重连 uplink

2. 与 daemon 的职责边界（双域）

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  edge（物理域）                    daemon（逻辑域）              │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  config/edge/                      config/daemon/               │
│    edge.json                         daemon_profile.json        │
│    physical_channels.json            logical_points.json        │
│    physical_devices.json             bindings_global.json       │
│    bindings_local.json（可选）       topic_rule.json             │
│                                                                 │
│  读硬件 → RawPacket                  RawPacket → 插件解析        │
│  写硬件 ← physicalPointId            → bindings → OPC UA 节点   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
配置 edge 是否加载 用途
physical_channels.json 是 串口 / TCP 通道参数
physical_devices.json 是 从站、寄存器、物理点 ID
bindings_local.json 可选 下行写命令的本地备用解析（正常联调几乎不用）
logical_points.json 否 daemon 专用
bindings_global.json 否 daemon 专用（上行绑定 + 下行路由）

edge 上行时不做 binding 初筛：所有已配置物理点都会采集并上报；是否绑定 OPC 由 daemon 的 bindings_global.json 决定（未绑定点进入 edge/unbound/raw/...）。

3. 配置加载流程

3.1 入口文件

默认配置：config/edge/edge.json。子路径相对 edge.json 所在目录解析。

{
  "edge": {
    "edgeId": "edge01",
    "deviceId": "EdgeDevice_01",
    "daemonHost": "127.0.0.1",
    "daemonPort": 9000,
    "heartbeatPeriodMs": 1000,
    "uplinkReconnectPeriodMs": 5000,
    "physicalChannels": "physical_channels.json",
    "physicalDevices": "physical_devices.json",
    "bindingsLocal": "bindings_local.json"
  }
}
字段 说明
edgeId 边缘实例 ID，uplink 注册与 daemon 路由用
deviceId 逻辑设备名（ACK 等场景）
daemonHost / daemonPort 核心 uplink 地址
heartbeatPeriodMs 心跳周期（仅 uplink 已连接时发送）
uplinkReconnectPeriodMs daemon 不可达时的重连间隔
physicalChannels / physicalDevices 物理层配置
bindingsLocal 可选；空则跳过
bindingsPatch 可选；热加载绑定补丁

3.2 启动时加载顺序（EdgeRuntime::init）

1. EdgeConfig.loadFromFile(--config)
2. PhysicalRegistry.loadChannels(physical_channels.json)
3. PhysicalRegistry.loadDevices(physical_devices.json, edgeId)
      → 物理点 ID 自动加前缀：edge01/phy_modbus_s1_r40001
4. [可选] BindingRegistry.loadLocal(bindings_local.json)
5. UplinkClient + CommandExecutor 初始化
6. DeviceFactory.createIngress → CompositeIngress（按 protocol 创建子 ingress）
7. 各 ChannelManager.openChannel（libmodbus / SocketCAN / asio）
8. uplink.connect()；成功则 sendEdgeRegister(edgeId)
      → 失败仅 WARN，edge 独立运行并后台重连

3.3 物理通道（physical_channels.json）

{
  "channels": [
    {
      "channelId": "serial_0",
      "protocol": "modbus",
      "transport": "rtu",
      "port": "/dev/ttyS3",
      "baudRate": 9600,
      "parity": "N",
      "dataBits": 8,
      "stopBits": 1,
      "pollIntervalMs": 500
    }
  ]
}
字段 说明
transport rtu（串口）或 tcp（Modbus TCP，需 host + tcpPort）
pollIntervalMs 通道默认轮询周期（点可覆盖）
interface / bitrate CANopen 通道：can0、500000
host / tcpPort Modbus TCP 或裸以太网

CANopen 通道示例见 config/edge/physical_channels_can.json。

3.4 物理设备与点（physical_devices.json）

{
  "devices": [
    {
      "physicalDeviceId": "phy_modbus_slave_1",
      "channelId": "serial_0",
      "protocol": "modbus",
      "slaveId": 1,
      "points": [
        {
          "physicalPointId": "phy_modbus_s1_r40001",
          "register": 40001,
          "function": 3,
          "scale": 0.1,
          "signalType": "AI",
          "writable": false,
          "pollIntervalMs": 1000,
          "reportOnChange": true,
          "deadband": 0.5
        }
      ]
    }
  ]
}

点级可选字段：

字段 说明
pollIntervalMs 覆盖通道默认周期
reportOnChange true 时启用变化上报
deadband 工程值死区（配合 reportOnChange）
objectIndex / subIndex CANopen 对象字典索引
pdoType tpdo / sdo / rpdo
cobId PDO COB-ID 覆盖
nodeId / edsPath 设备级 CANopen 字段

运行时 physicalPointId 会变为 {edgeId}/{physicalPointId}，作为 RawPacket.sourceId 上报。

CANopen 示例见 config/edge/physical_devices_can.json 与 config/edge/samples/minimal.eds。

3.5 热加载

信号 行为
SIGHUP reloadPhysical()：重载 channels + devices，重建 Modbus 连接
SIGHUP reloadBindingsPatch()：若配置了 bindingsPatch 则增量应用
文件变更 ConfigWatcher 监视 physical_channels、physical_devices、bindingsPatch

4. 组件架构

4.0 目录结构

include/softbus_edge/
  ingress/          IIngressPort, CompositeIngress
    modbus/         ModbusIngress, MockModbusIngress
    can/            CanIngress
    eth/            EthIngress
  driver/
    modbus/         ModbusChannelManager (libmodbus)
    can/            CanChannelManager (SocketCAN)
    eth/            EthChannelManager (asio)
  egress/
    modbus/         ModbusEgress
    can/            CanEgress (SDO 写)
    eth/            EthEgress
  scheduler/        ModbusPollScheduler, PollPlanner, ChangeFilter
  canopen/          NmtManager, SdoClient, PdoMapper
  config/ runtime/ factory/ discovery/

main.cpp
  └── EdgeRuntime
        ├── PhysicalRegistry
        ├── CompositeIngress
        │     ├── ModbusIngress   + ModbusPollScheduler / PollPlanner / ChangeFilter
        │     ├── CanIngress    + NmtManager / PdoMapper / SdoClient
        │     └── EthIngress
        ├── ModbusEgress / CanEgress / EthEgress
        ├── CommandExecutor     ← 按 protocol 分发写
        └── UplinkClient

4.1 IIngressPort — 入站抽象

方法 说明
open() 打开采集通道
close() 关闭采集通道
poll() 轮询，返回 vector<RawPacket>

ModbusIngress：PollPlanner 调度到期点 → ModbusPollScheduler 合并相邻寄存器批量读 → ChangeFilter 变化过滤 → RawPacket。

CanIngress：启动时 NMT Start + 加载 EDS；TPDO 监听 + SDO 慢点轮询；protocolTag: "canopen"。

EthIngress：裸 TCP/UDP 收字节；protocolTag: "raw_eth"。

MockModbusIngress：--mock 模式，无硬件模拟帧。

4.2 ModbusChannelManager — 硬件 I/O

  • 构建时链接 libmodbus（系统包或 third_party/libmodbus vendor）
  • RTU：modbus_new_rtu + modbus_read_registers / modbus_write_register
  • TCP：modbus_new_tcp（transport: tcp 时）
  • 无 libmodbus 时退化为模拟读写（编译宏 SOFTBUS_HAS_LIBMODBUS=0）

edge 不使用 daemon 侧的 protocol_modbus.so 插件；插件仅用于 daemon 解析上行 RawPacket。

4.3 UplinkClient — 上行/下行

方法 说明
connect() / disconnect() TCP 连接 daemon
sendEdgeRegister(edgeId) 注册边缘实例
sendHeartbeat(deviceId) 心跳
sendRawPacket(RawPacket) 上行原始包
sendAck(SoftbusAck) 写命令 ACK
poll() 接收下行 ExecuteCommand
setCommandHandler(handler) 注册命令回调

协议详见 UPLINK_WIRE_PROTOCOL.md。

4.4 CommandExecutor — 下行写

daemon 经 bindings_global 在命令中注入 physicalPointId + edgeId，edge 按协议写：

modbus   → ModbusEgress
canopen  → CanEgress (SDO download)
raw      → EthEgress

仅当命令缺少 physicalPointId 时，才用 bindings_local.json 做 logicalPointId → physicalPointId 备用解析。

5. 数据流

5.1 上行（采集 → OPC）

sequenceDiagram
    participant HW as 现场设备
    participant Edge as softbus_edge
    participant Daemon as softbus_daemon
    participant OPC as OPC UA

    HW->>Edge: Modbus RTU/TCP 读寄存器
    Edge->>Edge: ModbusIngress.poll → RawPacket
    Note over Edge: sourceId = edge01/phy_xxx<br/>protocolTag = modbus
    Edge->>Daemon: TCP rawPacket + edgeRegister/heartbeat
    Daemon->>Daemon: protocol_modbus 解析帧
    Daemon->>Daemon: bindings_global → logicalPointId
    Daemon->>Daemon: logical_points → objectRef + scale
    Daemon->>OPC: UaModelBinder 写节点值

逐步说明：

  1. edge：ModbusIngress 读硬件 → RawPacket{ sourceId=physicalPointId, payload=Modbus帧 }
  2. edge：UplinkClient.sendRawPacket → TCP JSON 行
  3. daemon：TransportBusBridge 发布到总线 edge/raw/{physicalPointId}
  4. daemon：PipelineEngine + protocol_modbus 插件解析 → 寄存器值
  5. daemon：bindings_global 查绑定 → logical_points 得 OPC 路径 → scale → 写 OPC UA

未绑定物理点：daemon 发布到 edge/unbound/raw/{physicalPointId}，不写 OPC。

5.2 下行（OPC 写 → 设备）

sequenceDiagram
    participant OPC as OPC UA 客户端
    participant Daemon as softbus_daemon
    participant Edge as softbus_edge
    participant HW as 现场设备

    OPC->>Daemon: ExecuteCommand (objectRef + value)
    Daemon->>Daemon: bindings_global → physicalPointId + edgeId
    Daemon->>Edge: TCP executeCommand
    Edge->>Edge: CommandExecutor → ModbusEgress
    Edge->>HW: libmodbus 写寄存器
    Edge->>Daemon: TCP ack

5.3 主循环（main.cpp）

while (!shouldStop) {
    ConfigWatcher.poll();
    if (SIGHUP) { reloadPhysical(); reloadBindingsPatch(); }

    runtime.tick();          // uplink.poll + ingress.poll + sendRawPacket

    if (uplinkConnected && heartbeatDue)
        sendHeartbeat(edgeId);

    sleep(50ms);
}

6. CLI 参数

参数 默认值 说明
--config <path> config/edge/edge.json 边缘入口配置
--mock 关闭 使用 MockModbusIngress，跳过 physical 配置与 libmodbus
--object-ref <path> DemoSite/.../MotorTemperature Mock 模式下的模拟 sourceId

不再使用 --daemon host:port；uplink 地址由 edge.json 的 daemonHost / daemonPort 指定。

7. 依赖

依赖 用途
softbus_core RawPacket、Logger、PlatformSignal、ConfigWatcher
softbus_registry BindingRegistry（仅 local 可选）
softbus_transport TcpUplinkClient、UplinkWire
softbus_api ExecuteCommand、SoftbusAck
libmodbus Modbus RTU/TCP 硬件 I/O
SocketCAN Linux linux/can.h（SOFTBUS_HAS_SOCKETCAN）
softbus_canopen_common EDS 解析、对象字典
asio Uplink + EthChannel

8. 构建与运行

8.1 libmodbus

构建时自动选择：系统 libmodbus-dev 优先，否则编译 third_party/libmodbus 静态库进 edge。

cmake -B build
cmake --build build --target softbus_edge

串口权限：sudo usermod -aG dialout $USER

8.2 运行示例

# 1. 先启动 daemon
./build/bin/softbus_daemon \
  --config config/daemon/daemon_profile.json \
  --logical-points config/daemon/logical_points.json \
  --bindings-global config/daemon/bindings_global.json

# 2. 启动 edge（真实 Modbus）
./build/bin/softbus_edge --config config/edge/edge.json

# 3. 无硬件 / 无 daemon 调试
./build/bin/softbus_edge --config config/edge/edge.json --mock

# 4. 热加载物理配置
kill -HUP $(pidof softbus_edge)

更多配置说明见 edge_device_setup.md。

9. 多协议与物理层优化（已实现）

9.1 多 Ingress 并存

physical_channels.json 中可混合 protocol: modbus | canopen | raw，DeviceFactory 为每种协议创建子 ingress，由 CompositeIngress 统一 poll()。

9.2 Modbus 采集优化

组件 行为
ModbusPollScheduler 同 (channel, slave, function) 下合并相邻寄存器，单次最多 125 寄存器
PollPlanner 每点独立 pollIntervalMs（缺省继承通道）
ChangeFilter reportOnChange + deadband 物理层过滤

9.3 CANopen（edge 已实现）

组件 说明
CanChannelManager SocketCAN 收发（无头文件时模拟降级）
NmtManager 启动时 NMT Start Remote Node
EdsDcfLoader softbus_canopen_common 解析 EDS
PdoMapper TPDO 订阅表 + 帧解包
SdoClient SDO upload（慢点）/ download（下行写）
daemon protocol_canopen.so 解析仍占位

CAN 前置：sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000

9.4 裸以太网（骨架）

protocol: "raw" + transport: tcp|udp → EthIngress 原样上行；EthEgress 支持原始字节写。

Modbus TCP 仍走 protocol: modbus + transport: tcp。

9.5 待增强

项 说明
DeviceDiscovery 总线扫描、动态写入 physical_devices
daemon CANopen 解析 CanopenParser 完整实现
Eth 帧解析 自定义帧格式插件化

10. 约束（CONSTRAINTS）

  • edge 不得直接操作 OPC UA 或加载 protocol_*.so 解析插件
  • edge 不得加载 logical_points.json / bindings_global.json
  • ingress 实现须遵循 IIngressPort，便于接入 CANopen/Ethernet driver
  • 上行统一为 RawPacket；sourceId 必须是 physicalPointId（含 edgeId 前缀）
  • daemon 不可达时 edge 必须能独立启动并采集（uplink 后台重连）

11. 相关文档

文档 内容
edge/tcp_rtu_callstack.md Modbus TCP 点完整调用栈（含 RTU-over-TCP）
edge_device_setup.md 配置目录、双域、libmodbus、Mock
UPLINK_WIRE_PROTOCOL.md TCP JSON 线协议
softbus_daemon.md daemon 侧 Pipeline 与 OPC
plugins.md protocol 插件（daemon 解析用）
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