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Modbus TCP协议

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502

Modbus 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

  1. 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

  1. 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

  1. 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

  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

  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

  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

  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

  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：-1

Modbus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：NULL
  1. 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：-1
  1. 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：-1
  1. 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：-1
  1. 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
  1. 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
标签： 网络 c语言 网络协议
本文转载自: https://blog.csdn.net/m0_74762280/article/details/129052728
版权归原作者 吴维昊 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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