Modbus学习记录（2）——报文格式分析
- 三种通讯方式的报文格式
- 以太网（modbus tcp/ip）
- modbus tcp/ip通信方式
- 通信过程
- 异步串行传输的两种传输方式（modbus RTU和modbus ASCII）
- Modbus的四种数据类型
- 数据解析
Modbus协议的报文（或帧）的基本格式是：表头 + 功能码 + 数据区 + 校验码
功能码和数据区在不同类型的网络都是固定不变的，表头和校验码则因网络底层的实现方式不同而有所区别。表头包含了从站的地址，功能码告诉从站要执行何种功能，数据区是具体的信息。
对于不同类型的网络，Modbus的协议层实现是一样的，区别在于下层的实现方式，常见的有TCP/IP和串行通讯两种。
Modbus TCP基于以太网和TCP/IP协议，Modbus RTU和Modbus ASCII则是使用异步串行传输（通常是RS-232/422/485）。
对于Modbus TCP而言，主站通常称为Client，从站称为Server；而对于Modbus RTU和Modbus ASCII来说，主站是Master，从站是Slave。
ModbusTCP的数据帧可分为两部分：ADU=MBAP+PDU = MBAP + 功能码 + 数据域，MBAP 7byte，功能码1byte，数据域不确定，由具体功能决定。
（2）、Slave地址换成了Unit Identifier。当网络里的设备全是使用TCP/IP，这个地址是没有意义的，因为IP就能进行路由寻址。如果网络里还有串行通讯的设备，则需要网关来实现Modbus TCP到Modbus RTU或ASCII之间的协议转换，这时用Unit Identifier来标识网关后面的每个串行通讯设备。
（3）、Length是指后面的字节总数。实际上数据区的长度是能确定的，有的功能码就可以确定数据区的长度，有的功能码虽不能确定数据区长度，但是数据区有字节计数，参见上文举的从站应答的例子。表头增加的Length是为了应对有些情况下TCP/IP协议会将应用层的数据拆包传输。
（4）、Transaction Identifier和Protocol Identifier由Client生成，Server的响应将复制这些参数。
modbus tcp/ip通信方式
Modbus设备可分为主站(poll)和从站(slave)。主站只有一个，从站有多个，主站向各从站发送请求帧，从站给予响应。在使用TCP通信时，主站为client端，主动建立连接；从站为server端，等待连接。
- 主站请求：功能码+数据
- 从站正常响应：请求功能码+响应数据
- 从站异常响应：异常功能码+异常码，其中异常功能码即将请求功能码的最高有效位置1，异常码指示差错类型
- 注意：需要超时管理机制，避免无期限的等待可能不出现的应答
IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网编号分配管理机构）给Modbus协议赋予TCP端口号为502，这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。
通信过程
- connect 建立TCP连接
- 准备Modbus报文
- 使用send命令发送报文
- 在同一连接下等待应答
- 使用recv命令读取报文，完成一次数据交换
- 通信任务结束时，关闭TCP连接
- 输出线圈：大小只有1bit，ON或OFF，可读可写，既可以是一个输出量输出点，也可以是数字量输入点，有效的地址范围是1-9999。
- 输入离散量：大小只有1bit，ON或OFF，只读，即数字量输出点，有效地址范围是10001-19999。
- 输入寄存器：16bit的寄存器，只读，可以用作模拟量或16位打包输入点，有效地址范围是30001-39999。
- 保持寄存器：16bit的寄存器，可读可写，既可以是一个模拟量或16位打包输入点，也可以是模拟量或16位打包输出点，有效地址范围是40001-49999。
在PLC或DCS上用点名标记不同的变量，在Modbus则以数据地址来标记每个点。以上所说的地址都是参考地址，而不是实际的物理地址。上述的地址是在设备中的地址，按照PLC的习惯从1开始递增，而Modbus报文中是从0开始递增。例如地址偏移为4、5、6的Holding Register，其实是指参考地址是40005、40006、40007的寄存器。
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