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控制领域的通信协议，受到了广泛关注。Modbus协议以其简单、可靠、易于实现的特点，成为了工业自动化领域的事实标准。本文将深入解析Modbus协议，通过源码分析，帮助读者更好地理解Modbus协议的工作原理，并探讨其在实际应用中的实战技巧。

一、Modbus协议简介

Modbus协议是由Modicon公司于1979年提出的，主要用于工业自动化设备之间的通信。Modbus协议支持多种通信方式，包括串行通信、以太网通信等。Modbus协议分为Modbus-RTU、Modbus-ASCII、Modbus-TCP/IP三种通信模式，其中Modbus-TCP/IP是最常用的通信方式。

Modbus协议的基本原理是主从式通信，即主站（Master）向从站（Slave）发送请求，从站接收请求并响应。Modbus协议的数据传输格式包括事务标识符、协议标识符、长度、单元标识符、功能码、数据、校验和等部分。

二、Modbus源码分析

1.Modbus协议数据包结构

Modbus协议数据包结构如下：

+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+ |事务标识符|协议标识符|长度|单元标识符|功能码|数据|校验和| +--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

其中，事务标识符用于标识一个事务，协议标识符固定为0x0000，长度表示后续数据的长度，单元标识符用于标识从站的地址，功能码表示要执行的操作，数据表示操作的数据，校验和用于校验数据包的完整性。

2.Modbus源码解析

以下是一个简单的Modbus协议数据包的C语言实现：

`c

include <stdint.h>

include <stdio.h>

define TRANSACTION_ID 0x1234

define PROTOCOL_ID 0x0000

define LENGTH 6

define UNIT_ID 0x01

define FUNCTION_CODE 0x03

uint8t modbuspacket[] = { TRANSACTIONID & 0xFF, (TRANSACTIONID >> 8) & 0xFF, PROTOCOLID & 0xFF, (PROTOCOLID >> 8) & 0xFF, LENGTH & 0xFF, UNITID, FUNCTIONCODE, 0x00, 0x00, // 数据 0x00, 0x00 // 校验和 };

int main() { uint8t checksum = 0; for (int i = 0; i < LENGTH; i++) { checksum += modbuspacket[i]; } modbuspacket[LENGTH + 2] = checksum & 0xFF; modbuspacket[LENGTH + 3] = (checksum >> 8) & 0xFF;

printf("Modbus packet:\n");
for (int i = 0; i < sizeof(modbus_packet); i++) {
    printf("%02X ", modbus_packet[i]);
}
printf("\n");
return 0;

} `

在上面的代码中，我们定义了一个Modbus协议数据包，并计算了校验和。然后，我们将校验和添加到数据包的末尾。

三、Modbus实战应用

1.Modbus服务器实现

Modbus服务器负责接收客户端发送的请求，并处理请求。以下是一个简单的Modbus服务器实现：

`c

include <stdio.h>

include <string.h>

include <arpa/inet.h>

define PORT 502

int main() { struct sockaddrin serveraddr; memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr)); serveraddr.sinfamily = AFINET; serveraddr.sinaddr.saddr = htonl(INADDRANY); serveraddr.sin_port = htons(PORT);

// 创建socket
int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (server_socket < 0) {
    perror("socket");
    return -1;
}
// 绑定socket
if (bind(server_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
    perror("bind");
    close(server_socket);
    return -1;
}
// 监听socket
if (listen(server_socket, 5) < 0) {
    perror("listen");
    close(server_socket);
    return -1;
}
// 接受客户端连接
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_len);
if (client_socket < 0) {
    perror("accept");
    close(server_socket);
    return -1;
}
// 读取客户端数据
char buffer[1024];
int len = recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);
if (len < 0) {
    perror("recv");
    close(client_socket);
    close(server_socket);
    return -1;
}
// 处理客户端请求
// ...
// 关闭socket
close(client_socket);
close(server_socket);
return 0;

} `

2.Modbus客户端实现

Modbus客户端负责向Modbus服务器发送请求，并接收响应。以下是一个简单的Modbus客户端实现：

`c

include <stdio.h>

include <string.h>

include <arpa/inet.h>

define SERVER_IP "192.168.1.100"

define PORT 502

int main() { struct sockaddrin serveraddr; memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr)); serveraddr.sinfamily = AFINET; serveraddr.sinport = htons(PORT); if (inetpton(AFINET, SERVERIP, &serveraddr.sinaddr) <= 0) { perror("inet_pton"); return -1; }

// 创建socket
int client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (client_socket < 0) {
    perror("socket");
    return -1;
}
// 连接服务器
if (connect(client_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
    perror("connect");
    close(client_socket);
    return -1;
}
// 发送请求
char buffer[1024];
// ...
// 发送数据
send(client_socket, buffer, strlen(buffer), 0);
// 接收响应
int len = recv(client_socket, buffer, sizeof(buffer), 0);
if (len < 0) {
    perror("recv");
    close(client_socket);
    return -1;
}
// 处理响应
// ...
// 关闭socket
close(client_socket);
return 0;

} `

通过以上实战应用，我们可以看到Modbus协议在实际开发中的重要作用。在实际项目中，我们需要根据具体需求，对Modbus协议进行定制和优化，以满足各种应用场景。

总结

本文对Modbus协议进行了深入解析，通过源码分析，帮助读者理解Modbus协议的工作原理。同时，本文还提供了Modbus服务器和客户端的简单实现，以供读者参考。在实际应用中，我们需要根据具体需求，对Modbus协议进行定制和优化，以满足各种应用场景。希望本文能对读者在Modbus协议学习和应用过程中有所帮助。