Modbus RTU报文简单解析

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Modbus RTU报文简单解析

工业系统



Modbus RTU通讯协议作为自动化中常用协议的一种，广泛的应用于仪器仪表通信、变频器通信、楼宇控制、消防控制、数据采集等，Modbus协议标准最早由Modicon（莫迪康）公司于1979年制定，并用在其PLC产品上。后来Modicon公司被我们所熟知的Schneider（施耐德）公司收购。

Modbus RTU 常采用RS-485作为物理层，利用串口实现数据报文的收发，报文数据采用二进制数据进行通信（RS485和Modbus RTU是两个层面概念，一个是物理接口，一个属于协议）



Modbus串行链路协议是一个 主——从协议 该协议位于OSI模型的第2层。

主——从类型的系统有一个主节点（主站），它向某个从节点（从站）发出显式命令并处理响应。从站在没有收到主站的请求时并不主动地传输数据，也不与其他从站通信。

在物理层，串行链路上的Modbus系统可以使用不同的物理接口（RS485、RS232）。最常用的物理接口是TIA/EIA-485（RS485）二线制接口。作为附加选项，该物理接口也可以使用RS485四线制接口。当只需要近距离的点对点通信时，也可以使用TIA/EIA-232-E（RS232）串行接口作为Modbus系统的物理接口（EIA/TIA为标准协会简称）



Modbus通信总是由主站发起。当从站没有收到来自主站的请求时，不会发送数据。从站之间不能相互通信。



Modbus寻址规则，Modbus寻址空间由256个不同地址组成，地址 0 为广播地址，所有从站必须识别广播地址，Modbus 主站没有特定地址，只有从站有一个地址，而且从站的地址是唯一的



重点来了，Modbus RTU的报文格式

Modbus RTU协议的“报文”格式如上图所示，由地址（1字节）功能码（1字节）数据（0~255字节）CRC校验码（2字节）组成，功能码为操作命令，比如

读寄存器       （03 16进制）

写某个寄存器（06 16进制）

写多路寄存器（10 16进制）

读线圈状态    （01 16进制）

写线圈           （05 16进制）



Modbus的地址相关





每一种数据区块都最多允许有65536(2的16次方)个元素，每个数据元素的地址范围从0到65535，但是每个数据元素的编号从1开始，范围从1到65536。65536只是协议允许的最大元素范围，并不要求全部实现，因此理论上

线圈地址范围：000001~065536

离散量输入地址范围：100001~165536

输入寄存器地址范围：300001~365536

保持寄存器地址范围：400001~465536

由于65536是比较大的数值，实际应用一般不需要这么大的存储区，设备厂家普遍采用的是10000以内的地址范围

线圈地址范围：00001~09999

离散量输入地址范围：10001~19999

输入寄存器地址范围：30001~39999

保持寄存器地址范围：40001~49999

例如常见到的寄存器地址40001/400001，最前面的4表明它是一个保持寄存器，后面的0001或者00001都是指第一个保持存储器，并且它的地址是0。寄存器30004表明它是输入寄存器，地址是3。注意：保持寄存器和输入寄存器中的数值是2个字节，而线圈和离散量输入中数值大小仅为位(1bit ）在报文中，都是以编号地址进行书写，例如地址为0x0000，实际的报文中为00 01（2字节），那报文中怎么分辨它是哪个数据区块呢，这就要靠我们上面说的功能码来识别了，请看下文

例如主站请求1号站，保持寄存器地址0x0000（编号40001）的数据报文：

01  03  00 00  00 01  84 0A

01：从站地址号

03：功能码，读保持寄存器

00 00：请求寄存器起始地址 0x0000（40001）

00 01：寄存器数量 1个

84 0A：CRC校验码

从站回复报文

01  03  02 00  38  B9 96

01：从站地址号

03：功能码，读保持寄存器

02：字节数

00 38：寄存器数据

B9 96：CRC校验码

通过上面的主站请求，从站回复，我们就得到了保持寄存器0x0000（编号40001）的值为38（回复为16进制格式，转换10进制为56）

例如主站分别写入保持寄存器地址0x0000（40001）0x0001（40002）为19，20（16进制，10进制为25，32）的数据报文：

01  10  00 00  00 02  04  00 19  00 20  23 B0

01：从站地址号

10：功能码，写多路寄存器

00 00： 请求寄存器起始地址 0x0000（40001）

00 02：写入寄存器数量 2个

04：写入字节数

00 19：第一个写入数据

00 20：第二个写入数据

23 B0：CRC校验码

从站回复报文

01  10  00 00  00 02  41 C8

01：从站地址号

10：功能码，写多路寄存器

00 00：请求寄存器起始地址 0x0000（40001）

00 02：写入寄存器数量 2个

41 C8：CRC校验码

为了大家直观的理解，我们可以通过软件来模拟这一过程，所需软件：



1、Configure Virtual Serial Port Driver 虚拟串口，它可以在你的电脑上模拟出一对已经关联的虚拟串口，例如COM1←→COM2 这样，仿真出来两个虚拟的串口，给COM1发送数据，COM2就会收到，同理COM2也是

2、Modbus Slave Modbus仿真设备，可以仿真寄存器或线圈的状态

3、UartAssist 串口调试助手

首先打开虚拟串口软件，先虚拟出一对串口出来


我们打开串口助手，找到Modbus相关，这个串口助手软件可以自行计算CRC校验比较方便，同时配置好Modbus Slave软件



我们来实行第一个示例，读取寄存器地址40001的数据

我们再来实现第二个示例，像40001和40002中分别写入0x19（10进制为25）， 0x20（10进制为32）




试验软件和简单的资料也给大家准备了，可以自行下载