ModbusTCP協(xié)議及通信報文解讀

嵌入式專欄

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作者 | 嵌入式情報局
Modbus大家都用過，或者聽說過吧？在嵌入式領(lǐng)域算是非常熱門的一種通信協(xié)議，今天來解讀一下ModbusTCP協(xié)議及通信報文。1、modbus協(xié)議設(shè)計(jì)思想   Modbus設(shè)備使用主從（客戶端-服務(wù)器）技術(shù)進(jìn)行通信，其中只有一個設(shè)備（主設(shè)備/客戶端）可以啟動事務(wù)（稱為查詢）。其他設(shè)備（從設(shè)備/服務(wù)器）通過向主設(shè)備提供請求的數(shù)據(jù)或采取查詢中請求的操作進(jìn)行響應(yīng)。從設(shè)備是任何外圍設(shè)備（I/O轉(zhuǎn)換器、閥門、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器或其他測量設(shè)備），它處理信息并使用Modbus將其輸出發(fā)送到主設(shè)備。
主機(jī)可以尋址單個從機(jī)，也可以向所有從機(jī)發(fā)起廣播消息。從屬服務(wù)器會返回對單獨(dú)發(fā)送給它們的所有查詢的響應(yīng)，但不會響應(yīng)廣播查詢。從屬服務(wù)器不會自己啟動消息，它們只響應(yīng)來自主服務(wù)器的查詢。
主查詢將包括一個從地址（或廣播地址）、一個定義所請求操作的功能代碼、任何所需數(shù)據(jù)和一個錯誤檢查字段。從機(jī)的響應(yīng)由確認(rèn)所采取的操作、要返回的任何數(shù)據(jù)和錯誤檢查字段組成。
請注意，查詢和響應(yīng)都包括設(shè)備地址、功能代碼、適用數(shù)據(jù)和錯誤檢查字段。如果沒有發(fā)生錯誤，則從設(shè)備的響應(yīng)包含所請求的數(shù)據(jù)。如果收到的查詢中出現(xiàn)錯誤，或者從設(shè)備無法執(zhí)行請求的操作，則從設(shè)備將返回一條異常消息作為響應(yīng)。
從機(jī)消息幀的錯誤檢查字段允許主機(jī)確認(rèn)消息的內(nèi)容是有效的。傳統(tǒng)的Modbus消息是串行傳輸?shù)模�奇偶校�?yàn)也應(yīng)用于其數(shù)據(jù)幀中的每個傳輸字符。
在這一點(diǎn)上，重要的是要區(qū)分Modbus本身是一個應(yīng)用協(xié)議，因?yàn)樗�定義了組織和解釋數(shù)據(jù)的規(guī)則，但仍然只是一個消息傳遞結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于底層物理層。
2、modbusTCP   Modbus消息結(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用協(xié)議，定義了獨(dú)立于數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)的數(shù)據(jù)組織和解釋規(guī)則。
TCP/IP是指傳輸控制協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，為Modbus TCP/IP消息提供傳輸介質(zhì)。
注意:TCP的主要功能是確保所有數(shù)據(jù)包都被正確接收，TCP/IP只是一個傳輸協(xié)議，并沒有定義數(shù)據(jù)的含義或數(shù)據(jù)的解釋方式,這是應(yīng)用協(xié)議的工作）。


從本質(zhì)上講，Modbus TCP/IP消息只是封裝在以太網(wǎng)TCP/IP封裝器中的Modbus通信。Modbus-TCP將標(biāo)準(zhǔn)Modbus數(shù)據(jù)幀嵌入到TCP幀中，沒有Modbus校驗(yàn)和，如下圖所示。

你一定會奇怪相比串口版本的modbusRTU，為什么沒有沒有使用Modbus錯誤檢查字段校驗(yàn)。
因?yàn)門CPIP是一種可靠傳輸，其使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)TCP/IP鏈路層校驗(yàn)和方法來保證數(shù)據(jù)的完整性。
3、報文介紹  

還是把這張圖拿過來。從圖中可以看出，功能代碼和數(shù)據(jù)字段與原始形式一樣。
Modbus TCP/IP應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ADU）采用7字節(jié)報頭（事務(wù)標(biāo)識符+協(xié)議標(biāo)識符+長度字段+單元標(biāo)識符）和協(xié)議數(shù)據(jù)單元（功能代碼+數(shù)據(jù)）的形式。
MBAP標(biāo)頭長7個字節(jié)，包括以下字段：

事務(wù)/調(diào)用標(biāo)識符（2個字節(jié)）：當(dāng)客戶端沿同一TCP連接發(fā)送多條消息而不等待先前響應(yīng)時，此標(biāo)識字段用于事務(wù)配對。

協(xié)議標(biāo)識符（2字節(jié)）：此字段對于Modbus服務(wù)始終為0，其他值保留用于未來擴(kuò)展。

長度（2字節(jié)）：該字段是剩余字段的字節(jié)計(jì)數(shù)，包括單元標(biāo)識符字節(jié)、功能代碼字節(jié)和數(shù)據(jù)字段。

單元標(biāo)識符（1字節(jié)）：此字段用于標(biāo)識位于非TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的遠(yuǎn)程服務(wù)器（用于串行橋接）。在典型的Modbus TCP/IP服務(wù)器應(yīng)用程序中，單元ID設(shè)置為00或FF，被服務(wù)器忽略，并在響應(yīng)中簡單地回顯。
完整的Modbus TCP/IP應(yīng)用數(shù)據(jù)單元嵌入到標(biāo)準(zhǔn)TCP幀的數(shù)據(jù)字段中，并通過TCP發(fā)送到系統(tǒng)端口502，該端口專門為Modbus應(yīng)用保留。
Modbus TCP/IP客戶端和服務(wù)器通過端口502監(jiān)聽和接收Modbus數(shù)據(jù)。
我們可以看到，Modbus在以太網(wǎng)上的操作對Modbus寄存器/命令結(jié)構(gòu)幾乎是透明的。因此，如果您已經(jīng)熟悉傳統(tǒng)Modbus的操作，那么您已經(jīng)非常熟悉Modbus TCP/IP的操作。
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