随着工业自动化和信息化的快速发展，Modbus协议作为一种广泛应用于工业现场的数据通信协议，其重要性不言而喻。Modbus协议具有简单、可靠、高效的特点，被广泛应用于PLC、SCADA、工业控制系统等领域。本文将从源码的角度，深入解析Modbus协议的工作原理与实现。

一、Modbus协议概述

Modbus协议是由Modicon公司于1979年提出的，最初用于工业自动化领域的数据通信。Modbus协议分为Modbus RTU（远程终端单元）、Modbus ASCII和Modbus TCP/IP三种传输模式。本文主要针对Modbus TCP/IP协议进行源码分析。

二、Modbus协议工作原理

Modbus协议采用主从式通信模式，即主站（Master）与从站（Slave）之间进行通信。主站负责发起通信请求，从站响应主站的请求。Modbus协议的数据包结构如图1所示。

图1 Modbus数据包结构

1.设备地址（Device Address）：表示从站的地址，用于区分不同的从站。

2.功能码（Function Code）：表示主站请求从站执行的操作，如读取寄存器、写入寄存器等。

3.数据长度（Data Length）：表示数据区的长度。

4.数据（Data）：表示主站请求从站执行的操作的数据。

5.校验和（CRC Checksum）：用于校验数据包的正确性。

三、Modbus协议源码分析

1.Modbus协议数据包解析

Modbus协议数据包的解析是源码分析的关键。以下是一个简单的Modbus协议数据包解析示例（以C语言为例）：

`c

include <stdio.h>

include <stdint.h>

define DEVICE_ADDRESS 1

define FUNCTIONCODEREAD 3

uint16t crc16(uint8t *data, uint16t length) { uint16t crc = 0xFFFF; for (uint16t pos = 0; pos < length; pos++) { crc ^= (uint16t)data[pos]; for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) { if (crc & 0x0001) { crc >>= 1; crc ^= 0xA001; } else { crc >>= 1; } } } return crc; }

int main() { uint8t data[] = {0x01, 0x03, 0x00, 0x02, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00}; uint16t crc = crc16(data, sizeof(data)); printf("Device Address: %d\n", data[0]); printf("Function Code: %d\n", data[1]); printf("Register Address: %d\n", (data[2] << 8) | data[3]); printf("Register Quantity: %d\n", (data[4] << 8) | data[5]); printf("CRC Checksum: %04X\n", crc); return 0; } `

2.Modbus协议数据包发送与接收

Modbus协议数据包的发送与接收是通信的关键环节。以下是一个简单的Modbus协议数据包发送与接收示例（以C语言为例）：

`c

include <stdio.h>

include <stdint.h>

include <unistd.h>

include <string.h>

include <sys/socket.h>

include <netinet/in.h>

define PORT 502

void sendmodbusframe(uint8t *frame, uint16t length) { sendto(socket, frame, length, 0, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)); }

void receivemodbusframe(uint8_t frame, uint16_t length) { length = recvfrom(socket, frame, sizeof(frame), 0, (struct sockaddr)&serveraddr, sizeof(serveraddr)); }

int main() { struct sockaddrin serveraddr; serveraddr.sinfamily = AFINET; serveraddr.sinport = htons(PORT); serveraddr.sinaddr.saddr = inet_addr("192.168.1.100");

uint8_t frame[256];
uint16_t length;
// 创建socket
socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (socket < 0) {
    perror("socket error");
    return 1;
}
// 发送Modbus数据包
frame[0] = DEVICE_ADDRESS;
frame[1] = FUNCTION_CODE_READ;
frame[2] = 0x00;
frame[3] = 0x02;
frame[4] = 0x00;
frame[5] = 0x00;
frame[6] = 0x00;
frame[7] = 0x00;
frame[8] = 0x00;
frame[9] = 0x00;
frame[10] = crc16(frame, 10);
send_modbus_frame(frame, sizeof(frame));
// 接收Modbus数据包
receive_modbus_frame(frame, &length);
// 处理Modbus数据包
// ...
// 关闭socket
close(socket);
return 0;

} `

四、总结

本文从源码的角度，对Modbus协议的工作原理与实现进行了深入解析。通过分析Modbus协议数据包的结构和解析方法，我们可以更好地理解Modbus协议的通信过程。在实际应用中，我们可以根据需求，对Modbus协议进行二次开发，以满足不同场景下的通信需求。