【嵌入式笔记】Modbus TCP
1.概述
定义：Modbus TCP 是 Modbus 协议的变体，基于 TCP/IP 协议栈，用于通过以太网实现工业设备间的通信。
背景：由施耐德电气（原 Modicon 公司）在 1999 年发布，将传统的 Modbus RTU/ASCII 适配到现代网络环境。
核心特点：
- 基于客户端/服务器模型，客户端（主站）发起请求，服务器（从站）响应。
- 默认使用 TCP 端口 502，支持高速、远距离通信。
- 二进制表现形式、紧凑的数据结构，通信效率高；
- 基于可靠连接的服务
2. 协议结构
Modbus TCP 报文由 MBAP 头（Modbus Application Header） 和 PDU（协议数据单元） 组成：
MBAP 头（7 字节）
- 事务标识符（2 字节）：匹配请求与响应（如 0x0001）。
- 协议标识符（2 字节）：固定为 0x0000，表示 Modbus 协议。
- 长度字段（2 字节）：后续数据的字节数（包括单元标识符）。
- 单元标识符（1 字节）：标识从站设备（类似 RTU 的从机地址）。
PDU（功能码 + 数据）
- 功能码（1 字节）：定义操作类型（如 0x03 读保持寄存器）。
- 数据字段（N 字节）：请求或响应的具体内容
- 示例
- 请求（读取保持寄存器）
| 事务ID | 协议ID | 长度 | 单元ID | 功能码 | 起始地址 | 寄存器数量 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 00 01 | 00 00 | 00 06 | 01 | 03 | 00 00 | 00 02 |
- 响应
| 事务ID | 协议ID | 长度 | 单元ID | 功能码 | 字节数 | 数据 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 00 01 | 00 00 | 00 07 | 01 | 03 | 04 | 00 0A 00 0B |
3.通信流程
- 建立连接
客户端（主站）通过 TCP 端口 502 连接服务器（从站）。 - 构造请求
MBAP 头：事务ID（唯一标识）、协议ID（0x0000）、长度（单元ID+PDU字节数）、单元ID（从站地址）。
PDU：功能码（如 0x03 读寄存器） + 数据（地址、数量等）。 - 发送请求
客户端通过 TCP 连接发送报文至服务器。 - 处理请求
服务器验证报文，执行操作（读/写数据），生成响应（成功或异常）。 - 返回响应
服务器返回响应报文，格式与请求类似：
成功：功能码 + 数据（如寄存器值）。
失败：功能码 + 0x80 + 异常码。 - 解析响应
客户端匹配事务ID，提取数据或处理错误。 - 关闭连接（可选）
短连接：单次通信后断开。
长连接：复用连接多次通信。
-
核心要点
端口：502（TCP）。
事务ID：唯一匹配请求与响应。
功能码：定义操作类型（读/写）。
长度字段 = 单元ID（1字节） + PDU字节数。
字节序：大端（高位在前）。 -
一句话总结：建连 → 组包 → 发请求 → 处理 → 回响应 → 解析 → 关连（可选）。
4. 与Modbus RTU的区别
- 从机地址不再重要，可通过IP地址区分；
- 取消CRC校验，因为TCP/IP数据中已存在校验；
- 多了MBAP报文头。