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ModBus-TCP学习

news 2025/10/11 10:18:42

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1. Modbus TCP 报文头部格式（共 6 字节）

(1) 为什么是 6 字节？

Modbus TCP 的报文头部 固定为 6 字节，结构如下：

字段	长度	说明
Transaction ID	2 字节	事务标识符（由客户端生成，服务器原样返回）
Protocol ID	2 字节	Modbus TCP 固定为 `0x0000`（其他值保留）
Length	2 字节	后续数据的字节数（从 Unit ID 开始计算）
Unit ID	1 字节	设备地址（Slave ID）
Function Code	1 字节	功能码（如 `0x03`读保持寄存器）

总长度 = 2 + 2 + 2 = 6 字节（Length 之后的数据属于“应用数据单元”，不计入头部）。

(2) 头部是固定的吗？

前 6 字节（头部）格式固定，所有 Modbus TCP 报文必须包含这 6 字节。
后续数据（应用数据单元） 根据功能码变化（如读/写寄存器的数据不同）。

2. 为什么读寄存器响应的 Length = 寄存器数量 × 2 + 3？

(1) 读寄存器响应的结构

以 读保持寄存器（0x03） 为例，服务器响应报文格式如下：

字段	长度	说明
Transaction ID	2 字节	原样返回客户端的值
Protocol ID	2 字节	`0x0000`
Length	2 字节	后续数据的字节数（计算如下）
Unit ID	1 字节	设备地址
Function Code	1 字节	`0x03`
Byte Count	1 字节	寄存器数据的总字节数（= 寄存器数量 × 2）
Register Data	N × 2 字节	实际寄存器值（每个值占 2 字节）

(2) Length 的计算

Length 字段的值 = 从 Unit ID 开始到报文末尾的字节数。
对于读寄存器响应，这部分包括：
1. Unit ID（1 字节）
2. Function Code（1 字节）
3. Byte Count（1 字节）
4. Register Data（寄存器数量 × 2 字节）

因此：

Length = 1 (Unit ID) + 1 (Function Code) + 1 (Byte Count) + N × 2 (Register Data)= 3 + N × 2

即：Length = 寄存器数量 × 2 + 3

(3) 示例

假设客户端请求读取 5 个保持寄存器，服务器响应如下：

Transaction ID: 0x0001 (2 字节)
Protocol ID:   0x0000 (2 字节)
Length:        0x000D (13 字节，计算：5 × 2 + 3 = 13)
Unit ID:       0x01    (1 字节)
Function Code: 0x03    (1 字节)
Byte Count:    0x0A    (10 字节，5 寄存器 × 2)
Register Data: [0x1234, 0x5678, 0x9ABC, 0xDEF0, 0x1111] (10 字节)

实际报文（十六进制）：

00 01 00 00 00 0D 01 03 0A 12 34 56 78 9A BC DE F0 11 11

3. 关键总结

问题	答案
Modbus TCP 头部为什么是 6 字节？	固定包含 Transaction ID（2）、Protocol ID（2）、Length（2）。
Length 为什么是寄存器数量 × 2 + 3？	3 = Unit ID + Function Code + Byte Count；N × 2 = 寄存器数据。
字节序规则	Modbus TCP 规定所有多字节数据按大端序传输（高字节在前）。

4. 常见疑问

(1) 为什么 Length 不包含头部？

Modbus TCP 的 Length 字段仅统计应用数据单元（从 Unit ID 开始），这是协议标准定义。
头部（前 6 字节）用于协议控制，不计入 Length。

(2) 其他功能码的 Length 计算

写单个寄存器（0x06）：Length = 6（固定，包含 Unit ID、Function Code、寄存器地址和值）。
写多个寄存器（0x10）：Length = 6 + 字节数（类似读寄存器，但结构不同）。

5. 参考

Modbus TCP 协议标准：见 Modbus.org的 MODBUS Messaging on TCP/IP Implementation Guide。
调试工具：使用 Modbus 调试工具（如 Modbus Poll）抓包验证报文格式。

1. Modbus TCP 写单个寄存器（功能码 `0x06`）的响应结构

当服务器成功处理写单个寄存器请求后，其响应报文的结构如下：

字段	长度	说明
Transaction ID	2 字节	由客户端生成，服务器原样返回
Protocol ID	2 字节	固定为 `0x0000`
Length	2 字节	后续数据的字节数（固定为 `0x0006`）
Unit ID	1 字节	设备地址（Slave ID）
Function Code	1 字节	`0x06`（写单个寄存器）
Register Address	2 字节	写入的寄存器地址（原样返回）
Register Value	2 字节	写入的寄存器值（原样返回）

写单个寄存器（0x06）：Length = 6（固定，包含 Unit ID、Function Code、寄存器地址和值）。为什么为6

2. 为什么 Length = 6？

(1) Length 的计算范围

Length 字段表示 从 Unit ID 开始到报文末尾的字节数。对于写单个寄存器响应，这部分包括：

Unit ID（1 字节）
Function Code（1 字节）
Register Address（2 字节）
Register Value（2 字节）

因此：

Length = 1 (Unit ID) + 1 (Function Code) + 2 (Register Address) + 2 (Register Value) = 6 字节

(2) 固定长度的原因

写单个寄存器的响应 是 对请求的确认，需原样返回客户端发送的寄存器地址和值。
协议规定该功能码的响应长度固定为 6 字节（无需动态计算）。

3. 示例分析

假设客户端发送以下写单个寄存器请求：

写入地址：0x0002（寄存器地址 2）
写入值：0x1234

服务器响应报文如下（十六进制）：

Transaction ID: 0x0001  // 客户端生成，服务器返回
Protocol ID:    0x0000  // 固定
Length:         0x0006  // 固定为 6
Unit ID:        0x01    // 设备地址
Function Code:  0x06    // 写单个寄存器
Register Addr:  0x0002  // 原样返回地址
Register Value: 0x1234  // 原样返回值

实际报文（十六进制）：

00 01 00 00 00 06 01 06 00 02 12 34

4. 对比其他功能码

功能码	Length 计算	说明
读寄存器（0x03/0x04）	`N × 2 + 3`	动态长度（N=寄存器数量）
写单个寄存器（0x06）	`6`（固定）	原样返回地址和值
写多个寄存器（0x10）	`6`（固定）	返回起始地址和寄存器数量

5. 关键总结

问题	答案
为什么 Length = 6？	包含 Unit ID（1）、Function Code（1）、Register Address（2）、Register Value（2）。
是否可变？	固定为 6，与寄存器数量无关（与读寄存器不同）。
协议规定	见 Modbus TCP 标准文档（Section 6.1.2）。