深入解析Modbus通信协议：源码背后的奥秘

2025-01-12 20:36:53

随着工业自动化程度的不断提高，Modbus作为现场总线通信协议之一，已经广泛应用于各种工业设备和控制系统。Modbus协议以其简单、可靠和易实现的特点，成为工业自动化领域的首选通信协议之一。本文将从Modbus协议的基本概念入手，深入解析其源码背后的奥秘。

一、Modbus协议概述

Modbus协议是由Modicon公司于1979年提出的，旨在实现不同厂商设备之间的通信。它支持多种通信协议，如RS-232、RS-485、TCP/IP等，具有以下特点：

1.传输速度快，距离远； 2.通信简单，易于实现； 3.数据格式统一，便于处理； 4.支持多种数据类型和功能码； 5.安全性较高，不易受到干扰。

Modbus协议分为两个版本：Modbus RTU和Modbus TCP。RTU（Remote Terminal Unit）主要用于串行通信，而TCP（Transmission Control Protocol）主要用于网络通信。

二、Modbus源码解析

1.Modbus协议结构

Modbus协议的数据帧结构主要由以下部分组成：

（1）起始地址：标识消息的起始位置；（2）功能码：表示请求的具体操作，如读取寄存器、写入寄存器等；（3）数据长度：表示后续数据的长度；（4）数据：包含操作的具体内容，如寄存器地址、数据值等；（5）CRC校验：用于校验数据帧的正确性。

2.Modbus源码分析

以下以Modbus RTU协议为例，简要分析Modbus源码。

（1）初始化Modbus协议

在Modbus源码中，首先需要初始化Modbus协议。以下是一个简单的初始化代码示例：

`c void ModbusInit(void) { // 初始化串口通信参数 UARTInit(9600, 8, 'N', 1);

// 初始化Modbus协议相关参数
Modbus.RTU.Mode = 1; // 设置为RTU模式
Modbus.RTU.Address = 1; // 设置从机地址

} `

（2）发送Modbus请求

在发送Modbus请求时，需要根据功能码构造数据帧。以下是一个发送读取寄存器请求的示例：

`c void ModbusSendReadRegister(uint8t address, uint16t startAddress, uint16_t length) { Modbus.RTU.FrameLength = 8; // 数据帧长度 Modbus.RTU.Frame[0] = address; // 从机地址 Modbus.RTU.Frame[1] = 0x03; // 功能码：读取寄存器 Modbus.RTU.Frame[2] = (startAddress >> 8) & 0xFF; // 寄存器起始地址高8位 Modbus.RTU.Frame[3] = startAddress & 0xFF; // 寄存器起始地址低8位 Modbus.RTU.Frame[4] = (length >> 8) & 0xFF; // 寄存器长度高8位 Modbus.RTU.Frame[5] = length & 0xFF; // 寄存器长度低8位

// 计算CRC校验
Modbus_CalculateCRC(&Modbus.RTU.Frame[0], Modbus.RTU.FrameLength - 2, &Modbus.RTU.Frame[6]);
// 发送数据帧
UART_SendData(&Modbus.RTU.Frame[0], Modbus.RTU.FrameLength);

} `

（3）接收Modbus响应

接收Modbus响应时，需要解析数据帧，并获取寄存器值。以下是一个接收读取寄存器响应的示例：

`c void ModbusReceiveReadRegister(uint8t address, uint16t startAddress, uint16t length, uint16t *data) { uint8_t crcHigh, crcLow;

// 检查地址和功能码
if (Modbus.RTU.Frame[0] == address && Modbus.RTU.Frame[1] == 0x03)
{
    // 检查CRC校验
    crcHigh = Modbus_RxBuffer[Modbus.RxLength - 2];
    crcLow = Modbus_RxBuffer[Modbus.RxLength - 1];
    Modbus_CalculateCRC(&Modbus.RxBuffer[0], Modbus.RxLength - 2, &crcHigh, &crcLow);
    if (crcHigh == Modbus.RxBuffer[Modbus.RxLength - 2] && crcLow == Modbus.RxBuffer[Modbus.RxLength - 1])
    {
        // 获取寄存器值
        for (int i = 0; i < length; i++)
        {
            data[i] = (Modbus.RxBuffer[2 + 2 * i] << 8) | Modbus.RxBuffer[3 + 2 * i];
        }
    }
}

} `

三、总结

本文从Modbus协议的基本概念入手，深入分析了Modbus源码背后的奥秘。通过对Modbus协议结构的解析，以及发送和接收Modbus请求的示例代码，使读者对Modbus协议有了更深入的了解。在实际应用中，Modbus协议因其简单、可靠和易实现的特点，成为工业自动化领域的首选通信协议之一。