0x01 初识ModBus
Modbus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表的。现在的Modbus协议已经成为工业领域通信协议的业界标准，并且是工业电子设备之间常用的连接方式。
Modbus协议能够成为工业领域应用最广泛的协议和业界标准，它具备了以下几个特点 ：
- 免费：这个是最大的前提，任何产品都是一样，只有通过免费才能获取到前期最大的使用量。
- 简单：Modbus协议帧格式简单紧凑，用户容易理解，厂商容易集成。
- 接口：Modbus协议只是一种规约，属于应用层的协议，因此不仅可以应用在串口（485/232/422），也可以在以太网、光纤、蓝牙、无线上传输。
0x02 ModBus报文分析
帧结构：
| 地址码 | 功能码 | 发送数据 | CRC校验码 |
|---|---|---|---|
| 1byte | 1byte | n byte | 2byte |
地址码： 地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址码，并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址，而从机发送的地址码表明回送的从机地址。地址码为0时，为广播地址，所有从机均能识别，从站不做应答。
功能码： 通讯传送的第二个字节。ModBus通讯规约定义功能码为1到127。作为主机请求发送，通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应，如果从机发送的功能码的最高位为１(即功能码大于127)，则表明从机没有响应操作或发送出错，如果从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样，则表明从机已响应主机进行操作。例如：功能码：00000003（03H），如果从机正常执行，则返回相同功能功能码，如果异常则返回10000003（83H）。
数据区： 数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地址。例如，功能码告诉从机读取寄存器的值，则数据区必需包含要读取寄存器的起始地址及读取长度。对于不同的从机，地址和数据信息都不相同。
CRC校验： 同TCP/IP 的CRC校验一样，都是为了保证数据传输不出错而设置的。被计算和校验的内容包括了除校验位意外的所有内容，即：地址码、功能码和数据。
0x03 ModBus常用功能码
了解Modbus的常用功能码是必要的，只有在了解了相关功能码后，才能深入的去分析Modbus协议的相关操作和具体功能。
| 功能码 | 描述 | PLC地址范围 | 寄存器地址范围 | 操作单位 | 操作数量 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 读线圈寄存器 | 00001-99999 | 0x0000-0xFFFF | 按bit操作 | 1或n |
| 0x02 | 读离散输入寄存器 | 10001-19999 | 0x0000-0xFFFF | 按bit操作 | 1或n |
| 0x03 | 读保持寄存器 | 40001-49999 | 0x0000-0xFFFF | 按byte操作 | 1或n |
| 0x04 | 读输入寄存器 | 30001-39999 | 0x0000-0xFFFF | 按byte操作 | 1或n |
| 0x05 | 写单个线圈寄存器 | 00001-99999 | 0x0000-0xFFFF | 按bit操作 | 1 |
| 0x06 | 写单个保持寄存器 | 40001-49999 | 0x0000-0xFFFF | 按byte操作 | 1 |
| 0x0F | 写多个线圈寄存器 | 00001-99999 | 0x0000-0xFFFF | 按bit操作 | 1 |
| 0x10 | 写多个保持寄存器 | 40001-49999 | 0x0000-0xFFFF | 按byte操作 | 1 |
0x04 Modbus寄存器解读
从上面的功能码中我们能够看到，被操作的相关寄存器一共有四种：分别是线圈寄存器、离散输入寄存器、保持寄存器以及输入寄存器。
线圈寄存器： 实际上就可以类比为开关量（继电器状态），每一个bit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。 线圈寄存器支持读也支持写，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 。
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 。
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，并且是可读写的。一般对应参数设置，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，与之功能码有对应的三个：0x03 0x06 0x10 。
输入寄存器： 和保持寄存器类似，但是也是只支持读而不能写，一般是读取各种实时数据。一个寄存器也是占据两个byte的空间。 对应的功能码是：0x04。
0x05 Modbus 协议举例分析
1、保持寄存器数据读取
主机请求: 01 03 00 00 00 01 84 0A
从机回复: 01 03 02 12 34 B5 33
相关解析：
#主机请求数据解析
01：PLC地址
03：功能码，查询保持寄存器
00 00：代表查询的寄存器的起始地址
00 01：代表查询的寄存器的结束地址
84 0A：循环冗余校验码
#从机回复数据解析
01：PLC地址
03：功能码，与主机请求相同，说明执行成功
02：代表后面寄存器的数据的字节数，一个寄存器有两个字节，所以这里的字节数肯定是查询的寄存器个数的2倍
12 34：寄存器的值
B5 33: 循环冗余校验码
2、单个保持寄存器写入
主机请求: 01 06 00 00 00 01 48 0A
从机回复: 01 06 00 00 00 01 48 0A
相关解析：
# 主机请求数据解析
01：PLC地址
06：功能码，单个保持寄存器写入
00 00：要被写入发寄存器的地址
00 01：被写入的内容，也就是在寄存器00 00的位置写入数据 00 01
48 0A:循环冗余校验码
#从机回复
01：PLC地址
06:响应功能码，与请求中的相同，说明执行成功
00 00：被写入的地址
00 01：被写入的数据
48 0A：校验码
3、多个保持寄存器写入
主机请求: 01 10 00 00 00 02 04 11 22 33 44 42 5A
从机回复: 01 10 00 00 00 02 41 C8
相关解析：
# 主机请求解析
01：PLC地址
10：功能码，多个保持寄存器写入
00 00：被写入的寄存器的起始地址
00 02：代表被修改的寄存器的数量
04：代表别修改的总字节数
11 22 33 44：将要修改的值
42 5A：校验码
#从机回复数据解析：
01：PLC地址
10：功能码
00 00：寄存器中被写入的地址
00 02：说明被修改的寄存器数量
41 C8:校验码
0x06 参考内容
- https://blog.csdn.net/CAI____NIAO/article/details/124344164
- https://xw.qq.com/cmsid/20220328A0872C00
- https://blog.csdn.net/qq_36958104/article/details/124193794
- https://www.163.com/dy/article/G5P36B0R0538S33I.html