Modbus介绍
1、起源
Modbus 通信协议，是一种工业现场总线协议标准。
Modbus通信协议具有多个变种，其中有支持串口，以太网多个版本，主要有以下三种：
Modbus RTU、Modbus ASCII和Modbus TCP
优势： 免费、简单、容易使用2、分类：
（1）Modbus RTU
二进制 效率高 常用 运行在串口上的协议，采用二进制表现形式以及紧凑型数据结构，通信效率高，应用广泛
（2）Modbus ASCII
运行在串口上的协议，采用ASCII码传输，并且利用特殊字符作为其字节的开始与结束标识，其传输效率要远远低于Modbus RTU协议，一般只有在通信数据量较小的情况下才考虑使用Modbus ASCII通信协议
（3）Modbus TCP
运行在以太网上的协议3、优势：
免费、简单、容易使用4、Modbus 应用场景：
Modbus协议是现在国内工业领域应用最多的协议，不只PLC设备，各种终端设备，比如水控机、水表、电表、工业秤、各种采集设备5、特点：
采用主从问答方式进行通信
Modbus TCP是应用层协议，基于传输层TCP协议实现
Modbus TCP端口号默认为502Modbus TCP协议
TCP和RTU协议非常类似，只要把RTU协议的两个字节的校验码去掉，然后在RTU协议的开始加上5个0和一个6并通过TCP/IP网络协议发送出去即可 Modbus采用主从问答方式(master/slave)通信，有一个节点是master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点（可以多个），每一个slave设备都有一个唯一的地址 ModbusTCP通常使用端口502作为接收报文端口Modbus TCP协议格式
Modbus TCP数据帧包含报文头、功能代码和数据三部分
Modbus TCP/IP协议最大数据帧长度为260字节
1、 MBAP报文头：
Modbus TCP/IP协议包含一个7字节报文头
2、寄存器
Modbus TCP通过寄存器的方式存储数据。
寄存器分类：
离散量输入、线圈、输入寄存器、保持寄存器。
离散量输入和线圈其实就是位寄存器（每个寄存器数据占1个字节），工业上主要用于控制IO设备。
输入和保持寄存器是字寄存器（每个寄存器数据占2个字节），工业上主要用于存储工业设备的值。
寄存器PLC地址 开头表示状态：
0开头:线圈 1开头:离散输入 3 开头：输入寄存器 4开头：保持寄存器离散输入寄存器
离散输入寄存器就相当于线圈寄存器的只读模式，他也是每个bit表示一个开关量，而他的开关量只能读取输入的开关信号，是不能够写的。比如我读取外部按键的按下还是松开。
所以功能码也简单就一个读的 0x02
线圈寄存器
类比为开关量，每一个bit都对应一个信号的开关状态。所以一个byte就可以同时控制8路的信号。比如控制外部8路io的高低。 线圈寄存器可读可写，写在功能码里面又分为写单个线圈寄存器和写多个线圈寄存器。
对应上面的功能码也就是：0x01 0x05 0x0f
保持寄存器
这个寄存器的单位不再是bit而是两个byte，也就是可以存放具体的数据量的，并且是可读可写的。比如我我设置时间年月日，不但可以写也可以读出来现在的时间。写也分为单个写和多个写
所以功能码有对应的三个：0x03 0x06 0x10
输入寄存器
这个和保持寄存器类似，但是也是只支持读而不能写。一个寄存器也是占据两个byte的空间。类比我我通过读取输入寄存器获取现在的AD采集值
对应的功能码也就一个 0x04
3、功能码：
根据四种不同的寄存器设置了8种功能码，分别如下表所示
在实际使用时会根据要进行的操作选择不同的功能码
功能码：
读：01 ~04
01：读线圈
02：读离散输入
03：读保持寄存器
04：读输入寄存器写： 05 06 15 16
05：写单个线圈
06：写单个保存计时器
15：写多个线圈
16：写多个保存寄存器举例：（详细解）
读取保持寄存器 功能码 ：03H
主站询问数据流：00 00 00 00 || 00 06 || 11 || 03 || 00 6B || 00 02
从左到右依次分析：
00 00：事务标识符，类似与TCP里的seq和ack，可以随意写,回复和发送的会一致
00 00：协议标识符，00 00表示ModbusTCP协议
00 06：表示接下来的数据长度，单位为字节
11：单元标识符，即新建寄存器表时候的从机ID，默认是1
03：功能码，读保持寄存器
00 6B：读取的寄存器起始地址，0x6B=107则对应寄存器PLC地址为40108
00 02：读取的寄存器个数为2个，则结束地址为40108+2-1=40109从站应答数据流：00 00 00 00 || 00 07 || 11 || 03 || 04 || 02 2B || 01 06
前八字节不再重复，同上
04：计数的字节个数
02 2B：第一个寄存器40108的数据值
01 06：第二个寄存器40109的数据值读线圈状态寄存器： 功能码 01H
函数：
int modbus_read_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)
功能：读取线圈状态，可读取多个连续线圈的状态（对应功能码为0x01）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的状态值读离散输入寄存器 ： 功能码02H
函数
int modbus_read_input_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)
功能：读取输入状态，可读取多个连续输入的状态（对应功能码为0x02）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的状态值
返回值：成功：返回nb的值读取保持寄存器 ： 功能码03H
函数
int modbus_read_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)
功能：读取保持寄存器的值，可读取多个连续保持寄存器的值（对应功能码为0x03）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的寄存器的值
返回值：成功：读到寄存器的个数
失败：-1读输入寄存器 ： 功能码04H
函数
int modbus_read_input_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)
功能：读输入寄存器的值，可读取多个连续输入寄存器的值（对应功能码为0x04）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的寄存器的值
返回值：成功：读到寄存器的个数
失败：-1写单个线圈寄存器 ： 功能码05H
函数
int modbus_write_bit(modbus_t *ctx, int addr, int status);
功能：写入单个线圈的状态（对应功能码为0x05）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：线圈地址
status：线圈状态
返回值：成功：0
失败：-1写单个保持寄存器 ： 功能码06H
函数
int modbus_write_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint8_t *src);
功能：写入多个连续线圈的状态（对应功能码为15）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：线圈地址
nb ：线圈个数
src ：多个线圈状态
返回值：成功：0
失败：-1写多个线圈状态 ： 功能码0FH（15）
函数
int modbus_write_register(modbus_t *ctx, int addr, int value);
功能： 写入单个寄存器（对应功能码为0x06）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器地址
value ：寄存器的值
返回值：成功：0
失败：-1
写（预置）多个保持寄存器 ： 功能码10H（16）
函数
int modbus_write_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint16_t *src);
功能：写入多个连续寄存器（对应功能码为16）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器地址
nb ：寄存器的个数
src ：多个寄存器的值
返回值：成功：0
失败：-1Modbus库
三方库的使用
1、gcc xx.c -I ./install/include/modbus -L./install/lib -lmodbus
./a.out
解释：
-I 后需要指定出头文件的路径(大写的i)
-L 后需要指定库的路径
-l 后需要指定库名
因为库为动态库，所有运行时会报错，
2.要想编译方便，可以将头文件和库文件放到系统路径下
sudo cp install/include/modbus/*.h /usr/include
sudo cp install/lib/* -r /lib -d
后期编译时，可以直接gcc xx.c -lmodbus
头文件默认搜索路径：/usr/include 、/usr/local/include
库文件默认搜索路径：/lib、/usr/lib
编程流程
1. 创建实例 modbus_new_tcp
modbus_t* modbus_new_tcp(const char *ip, int port)
功能：以TCP方式创建Modbus实例，并初始化
参数：
ip ：ip地址
port：端口号
返回值：成功：Modbus实例
失败：NULL2. 设置从机ID modbus_set_slave
int modbus_set_slave(modbus_t *ctx, int slave)
功能：设置从机ID
参数：
ctx ：Modbus实例
slave：从机ID
返回值：成功：0
失败：-13. 和从机进行连接 modbus_connect
int modbus_connect(modbus_t *ctx)
功能：和从机（slave）建立连接
参数：
ctx：Modbus实例
返回值：成功：0
失败：-14. 寄存器进行操作 功能码对应函数
int modbus_read_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)
功能：读取线圈状态，可读取多个连续线圈的状态（对应功能码为0x01）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的状态值
int modbus_read_input_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint8_t *dest)
功能：读取输入状态，可读取多个连续输入的状态（对应功能码为0x02）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的状态值
返回值：成功：返回nb的值
int modbus_read_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)
功能：读取保持寄存器的值，可读取多个连续保持寄存器的值（对应功能码为0x03）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的寄存器的值
返回值：成功：读到寄存器的个数
失败：-1
int modbus_read_input_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, uint16_t *dest)
功能：读输入寄存器的值，可读取多个连续输入寄存器的值（对应功能码为0x04）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器起始地址
nb ：寄存器个数
dest ：得到的寄存器的值
返回值：成功：读到寄存器的个数
失败：-1
int modbus_write_bit(modbus_t *ctx, int addr, int status);
功能：写入单个线圈的状态（对应功能码为0x05）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：线圈地址
status：线圈状态
返回值：成功：0
失败：-1
int modbus_write_bits(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint8_t *src);
功能：写入多个连续线圈的状态（对应功能码为15）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：线圈地址
nb ：线圈个数
src ：多个线圈状态
返回值：成功：0
失败：-1
int modbus_write_register(modbus_t *ctx, int addr, int value);
功能： 写入单个寄存器（对应功能码为0x06）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器地址
value ：寄存器的值
返回值：成功：0
失败：-1
int modbus_write_registers(modbus_t *ctx, int addr, int nb, const uint16_t *src);
功能：写入多个连续寄存器（对应功能码为16）
参数：
ctx ：Modbus实例
addr ：寄存器地址
nb ：寄存器的个数
src ：多个寄存器的值
返回值：成功：0
失败：-15. 关闭套接字 modbus_close
void modbus_close(modbus_t *ctx)
功能：关闭套接字
参数：ctx：Modbus实例6. 释放实例 modbus_free
void modbus_free(modbus_t *ctx)
功能：释放Modbus实例
参数：ctx：Modbus实例