modbus协议介绍.doc

ModBus 协议1. Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，在中国，Modbus已经成为国家标准GB/T19582-2008。2. ModBus网络：系统结构既包括硬件、亦包括软件。它可应用于各种数据采集和过程监控。3. Modbus协议：控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。当在同一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器需要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通信标准。控制器能直接或经由Modem组网。 4. 标准的Modbus口是使用RS-232-C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。5. Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。6. 从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括：确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。7. 查询：数据段包含了从设备要执行功能的任何附加信息：从何寄存器开始读、要读的寄存 器数量，错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法 回应：查询消息中的功能代码的回应。数据段包括了从设备收集的数据：像寄存器值或状 态。如果有错误发生，功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的，同时数据 段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用。8. 传输方式：2种传输模式：一种模式是ASCII（美国信息交换码），另一种模式是RTU（远 程终端设备）。2种模式不能混用。ASCII可打印字符便于故障检测，而且对 用高级语言（如Fortran）编程的主计算机及主PC很适宜。RTU则适用于机 器语言编程的计算机和PC主机 (1)ASCII模式与RTU模式相互转换： RTU模式传输的数据：是8位二进制字符，分高位和低位，每部分各含4位。 ASCII模式传输的数据：是16位十六进制字符。 转换：将RTU的每4个高位和低位分别转换成ASCII对应的16进制字符。 区别：ASCII模式使用的字符虽是RTU模式的两倍，但ASCII数据的译码和处理更为容易一些用RTU模式时报文字符必须以连续数据流的形式传送，用ASCII模式，字符之间可产生长达1s的间隔，以适应速度较慢的机器。（2） ASCII模式一个信息中的每4位字节作为1个ASCII字符传输，如数值63H用ASCII方式时，需发送两个字节，即ASCII“6（0110110）和ASCII”3“（0110011），1个ASCII字符占用的位数有7位和8位，国际通用7位为多。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。代码系统： 十六进制，ASCII字符0.9,A.F 消息中的每个ASCII字符都是一个十六进制字符组成 每个字节的位： 1个起始位7个数据位，最小的有效位先发送1个奇偶校验位，无校验则无1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）错误检测域 LRC(纵向冗长检测)（3） RTU模式当控制器设为在Modbus网络上以RTU模式通信，在消息中的每个8Bit字节按照原值传送，不做处理，如63H，RTU将直接发送01100011。这种方式的主要优点是：数据帧传送之间没有间隔，相同波特率下传输数据的密度要比ASCII高，传输速度更快。代码系统：8位二进制，十六进制数0.9，A.F消息中的每个8位域都是一或两个十六进制字符组成 每个字节的位：1个起始位8个数据位，最小的有效位先发送1个奇偶校验位，无校验则无1个停止位（有校验时），2个Bit（无校验时）9.数据校验方式CRCCRC域是两个字节，包含一16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两值不同，则有误。CRC是先调入一值是全“1”的16位寄存器，然后调用一过程将消息中连续的8位字节和当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的8Bit数据对CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校验位均无效。CRC产生过程中，每个8位字符都单独和寄存器内容相异或（XOR），结果向最低有效位方向移动，最高有效位以0填充。LSB被提取出来检测，如果LSB为1，寄存器单独和预置的值或一下，如果LSB为0，则不进行。整个过程要重复8次。在最后一位（第8位）完成后，下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相异或（XOR）。最终寄存器中的值，是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。CRC添加到消息中时，低字节先加入，然后高字节。CRC-16错误校验程序如下：报文（此处只涉及数据位，不指起始位、停止位和任选的奇偶校验位）被看作是一个连续的二进制，其最高有效位（MSB）首选发送。报文先与X16相乘（左移16位），然后看X16+X15+X2+1除，X16+X15+X2+1可以表示为二进制数11000，0000，0000，0101。整数商位忽略不记，16位余数加入该报文（MSB先发送），成为2个CRC校验字节。余数中的1全部初始化，以免所有的零成为一条报文被接收。经上述处理而含有CRC字节的报文，若无错误，到接收设备后再被同一多项式（X16+X15+X2+1）除，会得到一个零余数（接收设备核验这个CRC字节，并将其与被传送的CRC比较）。全部运算以2为模（无进位）。习惯于成串发送数据的设备会首选送出字符的最右位（LSB-最低有效位）。而在生成CRC情况下，发送首位应是被除数的最高有效位MSB。由于在运算中不用进位，为便于操作起见，计算CRC时设MSB在最右位。生成多项式的位序也必须反过来，以保持一致。多项式的MSB略去不记，因其只对商有影响而不影响余数。生成CRC-16校验字节的步骤如下：装如一个16位寄存器，所有数位均为1。该16位寄存器的高位字节与开始8位字节进行“异或”运算。运算结果放入这个16位寄存器。把这个16寄存器向右移一位。若向右（标记位）移出的数位是1，则生成多项式10，1000，000，0000，001和这个寄存器进行“异或”运算；若向右移出的数位是0，则返回。重复和，直至移出8位。另外8位与该十六位寄存器进行“异或”运算。重复，直至该报文所有字节均与16位寄存器进行“异或”运算，并移位8次。这个16位寄存器的内容即2字节CRC错误校验，被加到报文的最高有效位。另外，在某些非ModBus通信协议中也经常使用CRC16作为校验手段，而且产生了一些CRC16的变种，他们是使用CRC16多项式X16+X15+X2+1，单首次装入的16位寄存器为0000；使用CRC16的反序X16+X14+X1+1，首次装入寄存器值为0000或FFFFH。CRC简单函数如下：123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101unsignedchar*puchMsg;/*要进行CRC校验的消息*/unsignedshortusDataLen;/*消息中字节数*/unsignedshortCRC16(puchMsg,usDataLen)unsignedcharuchCRCHi=0xFF;/*高CRC字节初始化*/unsignedcharuchCRCLo=0xFF;/*低CRC字节初始化*/unsigneduIndex;/*CRC循环中的索引*/while(usDataLen-)/*传输消息缓冲区*/uIndex=uchCRCHi*puchMsg+;/*计算CRC*/uchCRCHi=uchCRCLoauchCRCHiuIndex;uchCRCLo=auchCRCLouIndex;return(uchCRCHi8)|uchCRCLo);/*CRC高位字节值表*/staticunsignedcharauchCRCHi=0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x01,0xC0,0x80,0x41,0x00,0xC1,0x81,0x40;/CRC低位字节值表staticcharauchCRCLo=0x00,0xC0,0xC1,0x01,0xC3,0x03,0x02,0xC2,0xC6,0x06,0x07,0xC7,0x05,0xC5,0xC4,0x04,0xCC,0x0C,0x0D,0xCD,0x0F,0xCF,0xCE,0x0E,0x0A,0xCA,0xCB,0x0B,0xC9,0x09,0x08,0xC8,0xD8,0x18,0x19,0xD9,0x1B,0xDB,0xDA,0x1A,0x1E,0xDE,0xDF,0x1F,0xDD,0x1D,0x1C,0xDC,0x14,0xD4,0xD5,0x15,0xD7,0x17,0x16,0xD6,0xD2,0x12,0x13,0xD3,0x11,0xD1,0xD0,0x10,0xF0,0x30,0x31,0xF1,0x33,0xF3,0xF2,0x32,0x36,0xF6,0xF7,0x37,0xF5,0x35,0x34,0xF4,0x3C,0xFC,0xFD,0x3D,0xFF,0x3F,0x3E,0xFE,0xFA,0x3A,0x3B,0xFB,0x39,0xF9,0xF8,0x38,0x28,0xE8,0xE9,0x29,0xEB,0x2B,0x2A,0xEA,0xEE,0x2E,0x2F,0xEF,0x2D,0xED,0xEC,0x2C,0xE4,0x24,0x25,0xE5,0x27,0xE7,0xE6,0x26,0x22,0xE2,0xE3,0x23,0xE1,0x21,0x20,0xE0,0xA0,0x60,0x61,0xA1,0x63,0xA3,0xA2,0x62,0x66,0xA6,0xA7,0x67,0xA5,0x65,0x64,0xA4,0x6C,0xAC,0xAD,0x6D,0xAF,0x6F,0x6E,0xAE,0xAA,0x6A,0x6B,0xAB,0x69,0xA9,0xA8,0x68,0x78,0xB8,0xB9,0x79,0xBB,0x7B,0x7A,0xBA,0xBE,0x7E,0x7F,0xBF,0x7D,0xBD,0xBC,0x7C,0xB4,0x74,0x75,0xB5,0x77,0xB7,0xB6,0x76,0x72,0xB2,0xB3,0x73,0xB1,0x71,0x70,0xB0,0x50,0x90,0x91,0x51,0x93,0x53,0x52,0x92,0x96,0x56,0x57,0x97,0x55,0x95,0x94,0x54,0x9C,0x5C,0x5D,0x9D,0x5F,0x9F,0x9E,0x5E,0x5A,0x9A,0x9B,0x5B,0x99,0x59,0x58,0x98,0x88,0x48,0x49,0x89,0x4B,0x8B,0x8A,0x4A,0x4E,0x8E,0x8F,0x4F,0x8D,0x4D,0x4C,0x8C,0x44,0x84,0x85,0x45,0x87,0x47,0x46,0x86,0x82,0x42,0x43,0x83,0x41,0x81,0x80,0x40;LRCLRC错误校验用于ASCII模式。这个错误校验是一个8位二进制数，可作为2个ASCII十六进制字节传送。把十六进制字符转换成二进制，加上无循环进位的二进制字符和二进制补码结果生成LRC错误校验（参见图）。这个LRC在接收设备进行核验，并与被传送的LRC进行比较，冒号（：）、回车符号（CR）、换行字符（LF）和置入的其他任何非ASCII十六进制字符在运算时忽略不计。10. 功能码定义 表1 ModBus功能码01READ COIL STATUS02READ INPUT STATUS03READ HOLDING REGISTER04READ INPUT REGISTER05WRITE SINGLE COIL06WRITE SINGLE REGISTER15WRITE MULTIPLE COIL16WRITE MULTIPLE REGISTER