Modbus简介

参考资料

官方文档： Modbus_Application_Protocol_V1_1b.pdf
wiki： Modbus - Wikipedia (jinzhao.wiki)
RTU与ASCII比较： Modbus RTU (ozeki.hu)
详细说明： Modicon Modbus Protocol Reference Guide
modbus TCP： Modbus_Messaging_Implementation_Guide_V1_0b_tcp.pdf

名词解释

ADU： Application Data Unit 应用数据单元
PDU： Protocol Data Unit 协议数据单元
RTU： Remote Terminal Unit
CRC： Cyclic Redundancy Check 循环冗余校验
LRC： Longitudinal Redundancy Check 纵向冗余校验
离散变量：指其数值只能用自然数或整数单位计算的则为离散变量

协议简介

由Modicon （现在的施耐德电气）在1979年发布，用于PLC通信，已经成为事实上的工业领域通信协议的业界标准。

特点：简单，应用广泛，请求/应答，功能码支持。

modbus支持多种通信栈传输

TCP/IP over Ethernet，端口为502
Asynchronous serial 传输 over EIA/TIA-232-E 或 EIA/TIA-485 或 fiber, radio 等
MODBUS PLUS，一种高速令牌传输网络
其他

其中串口通讯最为常见。

总体结构

modbus是由 modbus ADU 构成，不同的通讯协议会对它做一定的封装，ADU的结构如下

Additinal address	Modbus PDU	Error Check
地址域	协议数据单元	差错校验

PDU的结构如下

Function code	Data
功能码	数据

PDU的格式将在下一段详细介绍。

modbus有很多种通讯协议，下面是最为常见的三种类型。

Modbus RTU

最常用， Modbus messages are framed (separated) by idle (silent) periods.数据密度高，用于RS-485/EIA-485 等异步串口

Name	Length (bits)	Function
Start	3.5 x 8	At least 3+1⁄2 character times (28 bits) of silence (mark condition)
Address	8	Station address
Function	8	Indicates the function code; e.g., read coils/holding registers
Data	n × 8	Data + length will be filled depending on the message type
CRC	16	Cyclic redundancy check
End	3.5 x 8	At least 3+1⁄2 character times (28 bits) of silence (mark condition) between frames

Modbus ASCII

易读，有前导码和终止码，主要用于7-bits或8-bits的异步串口线，

Name	Length (bytes)	Function
Start	1	Colon : (ASCII value 0x3A)
Address	2	Station address
Function	2	Indicates the function codes like read coils / inputs
Data	n × 2	Data + length will be filled depending on the message type
LRC	2	Checksum (Longitudinal redundancy check)
End	2	Carriage return + line feed (CR/LF) pair (ASCII values 0x0D and 0x0A)

RTU和ASCII发送同样的原始数据，区别如下

源数据	RTU模式	ASCII模式
0x45	0x45	0x34 0x35
0xA1	0xA1	0x41 0x31
0xa1	0xA1	0x61 0x31

Modbus TCP

结构最复杂，运行在以太网上，TCP502端口。

Modbus/TCP应用层报文不需要校验（个人猜测是因为IP层/TCP层已经将校验做掉了）

modbus TCP的报文整体结构如下

Mac header	IP header	TCP header	Modbus ADU
Mac头	IP头	TCP头	Modbus应用数据单元

下面是modbus中的ADU结构

Name	Length (bytes)	Function
Transaction identifier	2	For synchronization between messages of server and client
Protocol identifier	2	0 for Modbus/TCP
Length field	2	Number of remaining bytes in this frame
Unit identifier	1	Server address (255 if not used)
Function code	1	Function codes as in other variants
Data bytes	n	Data as response or commands

Name	Length (bytes)	说明
Transaction identifier	2	事务识别符，无限制，TC和TS一致
Protocol identifier	2	协议识别符， 0
Length field	2	后续长度， 2~254
Unit identifier	1	单元识别符，小于等于247或255
Function code	1	见PDU结构章节
Data bytes	n	见PDU结构章节

wireshark中将前7个固定字节成为MBAP header（Modbus Application Protocol），个人认为这相当于通用结构中的地址域（Additional address）。ADU总长度最大为260字节。

PDU

根据文档定义，功能码占一个字节，范围是1~127，分为3类

公共功能码：除去下面两种类型的功能码，均可使用，但是在文档中只有部分已定义
使用者自定义功能码：65~72， 100~110
保留功能码：被某些公司使用或者暂时不可用：8,9，10,13,14,41,42,90,91,125,126,127；

在具体解析功能码前，我们首先来了解一下功能类型和其作用的对象类型

功能类型

Data Access 数据存取
Diagnostics 诊断，用于查看链路状态和设备状态，只支持串口
Other（Encapsulated Interface Transport?）

对象类型

Object type	说明	Access	Size	Address Space
Coil	线圈	Read-write	1 bit	00001 – 09999
Discrete input	离散输入，相当于保持线圈	Read-only	1 bit	10001 – 19999
Holding register	保持寄存器	Read-only	16 bits	30001 – 39999
Input register	输入寄存器	Read-write	16 bits	40001 – 49999

功能码与数据

本文解析的功能码只限于文档中出现的已定义公共功能码，如下表所示

		Function type	Function name	Function code
Data Access	Bit Access	Physical Discrete Inputs	Read Discrete Inputs	2
		Internal Bits or Physical Coils	Read Coils	1
			Write Single Coil	5
			Write Multiple Coils	15
	16-bit access	Physical Input Registers	Read Input Registers	4
		Internal Registers or Physical Output Registers	Read Multiple Holding Registers	3
			Write Single Holding Register	6
			Write Multiple Holding Registers	16
			Read/Write Multiple Registers	23
			Mask Write Register	22
			Read FIFO Queue	24
	File Record Access		Read File Record	20
			Write File Record	21
Diagnostics			Read Exception Status	7
			Diagnostic	8
			Get Com Event Counter	11
			Get Com Event Log	12
			Report Server ID	17
			Read Device Identification	43
Other			Encapsulated Interface Transport	43

下面根据开发需求将PDU的功能码分成4种类型

只含有功能码，无后续数据（4种）
基本读写功能码，长度固定为5字节（6种）
长度大于5字节的PDU（7种）
含有子功能码的PDU（2种）

单功能码

这几种功能码都是只支持串行线（serial line only），对应的PDU中只有功能码，无后续数据

function code	定义	说明
0x07	read exception status	读取远端设备8bit异常状态输出（因设备而异）
0x0B	get common event count	读取远端设备通信事件计数器
0x0C	get common event log	时间计数 + 消息计数 + 事件描述
0x11	report slave ID	读取远端设备ID，运行状态和额外数据

基本读写

对应的PDU长度固定为5字节

类型	说明	function code 1B	地址 2B	数量/数值 2B
read coils	读线圈	0x01	starting address	quantity of coils
read discrete inputs	读离散输入	0x02	starting address	quantity of inputs
read holding registers	读保持寄存器	0x03	starting address	quantity of registers
read input registers	读输入寄存器	0x04	starting address	quantity of registers
write single coil	写单个线圈	0x05	output address	output value
write single registers	写单个寄存器	0x06	register address	register value

注：

如果starting address为3，说明是第4个线圈开始
input register是只读的，holding register可读可写

不定长

对应的PDU后续数据长度不定，功能码0x14和0x15后面的数据还可能存在多个请求

类型	说明	function code 1B	地址 2B	数量 2B	字节数 1B	数值 NB
write multiple coils	写多个线圈	0x0F	starting address	quantity of outputs	byte count	outputs value

类型	说明	function code 1B	地址 2B	数量 1B	字节数 1B	数值 2NB
write multiple registers	写多个寄存器	0x10	starting address	quantity of registers	byte count	registers value

类型	说明	function code 1B	字节数 1B	参考类型 1B	文件号 2B	记录号 2B	记录长度 2B	重复 7NB
read file record	读取文件记录（读取通用参数）	0x14	byte count	0x06(fixed)	file number	record number	record length	4个字段一组

类型	说明	function code 1B	数据长度 1B	参考类型 1B	文件号 2B	记录号 2B	记录长度 2B	记录数据 2NB	重复 (7+2N)*MB
write file record	写文件记录（读取通用参数）	0x15	request data length	0x06(fixed)	file number	record number	record length	register data	5个字段一组

类型	说明	function code 1B	地址 2B	与掩码 2B	或掩码 2B
mask write register	掩写寄存器	0x16	reference address	and_mask	or_mask

类型	说明	function code 1B	起始读地址 2B	读取数量 2B	起始写地址 2B	写数量 2B	后续字节数 1B	写寄存器值 2NB
read/write multiple registers	读写多个寄存器	0x17	read starting address	quantity to read	write starting address	quantity to write	write byte count	write registers value

类型	说明	function code 1B	地址 2B
read FIFO queue	读先进先出队列	0x18	FIFO pointer address

子功能码

含有子功能码的PDU格式如下

function code	sub-function code	data
功能码 1B	子功能码 1B/2B	数据不定长

（0x08）Diagnostics(Serial line only)

子功能码长度为2B，范围为0~65535，其中 5~9, 19, 21~65535 保留功能码。已定义的子功能码对应的数据大部分为2字节，值为0；子功能码 0x00 对应数据为任意长度；子功能码 0x01 对应的数据有两种；子功能码 0x03 的数据为字符串’CHAR’ + 00；

类型	说明	sub-function code 2B	data 不定长
return query data	发送若干数据，返回若干相同数据	0000	any
restart communication option	清空事件计数器，Log是否保留可选	001	0000/FF00(clear log)
return diagnostic register	返回诊断寄存器	0002	0000
change ASCII input delimiter	提示不需要换行符(Line Feed)	0003	CHAR 00
force listen only mode	进入只听模式	0004	0000
clear counters and diagnostic register	清空所有计数器和诊断寄存器	000A	0000
return bus message count	返回消息数量	000B	0000
return bus communication error count	返回CRC校验错误数量	000C	0000
return bus exception error count	返回异常回复数量	000D	0000
return slave message count	返回远端设备已处理消息数量	000E	0000
return slave no response count	返回远端设备未回复消息数量	000F	0000
return slave NAK count	返回远端设备未确认异常回复数量	0010	0000
return slave busy count	返回远端设备忙的异常回复的数量	0011	0000
return bus character overrun count	返回字符速度过快的异常回复数量	0012	0000
clear overrun counter and flag	清空overrun计数器，重置标志	0014	0000

（0x2B）Encapsulated Interface Transport

本类型用于隧道服务和方法调用，下属子功能码的名称为MEI type（Modbus Encapsulated Interface），常用的有两种，其他均为保留

MEI type 1B	data NB
0x0D	与CANopen 系统和设备进行交互

MEI type 1B	read device ID code 1B	object ID 1B
0x0E	01/02/03/04	0x00~0xFF

相关阅读:
【01】Java代码如何运行
 计算机毕业设计选题推荐-体育赛事微信小程序/安卓APP-项目实战
 Java Integer.toBinaryString()方法具有什么功能呢？
lv3 嵌入式开发-5 linux shell命令（进程管理、用户管理）
vulhub靶场搭建
 Ni-IDA琼脂糖凝胶FF-------可用于纯化带组氨酸标签（His-Tag）的重组蛋白
 【PyG】文档总结以及项目经验（持续更新
 JVM 相关知识学习
 openpnp - 设备电源抗干扰部件的选择
 基于JAVA校园超话网站计算机毕业设计源码+数据库+lw文档+系统+部署
原文地址：https://blog.csdn.net/sinat_41915699/article/details/127449037