Modbus
Modbus RTU 协议
Modbus RTU 是 Modbus 协议在串行通信（RS-232 / RS-485）上的实现，采用紧凑的二进制编码传输数据，每帧末尾附带 CRC 校验，无需额外帧头。
串口通信参数
串口通信通过以下参数定义帧格式，收发两端的所有参数必须完全一致，否则无法正常通信：
| 参数 | 常见值 | 说明 |
|---|---|---|
| 波特率 | 9600 / 19200 / 38400 / 115200 | 每秒传输的比特数 |
| 数据位 | 8 | 每字符有效数据比特数，Modbus RTU 固定为 8 |
| 校验位 | NONE / EVEN / ODD | 奇偶校验，NONE 时无校验位 |
| 停止位 | 1 / 2 | 帧结束标志；有校验时通常为 1，无校验时建议为 2 |
Modbus RTU 数据帧
Modbus RTU 帧无 MBAP 头部，结构更紧凑，以 CRC 校验取代 TCP 的校验机制：
Modbus RTU Frame = Device Address + Function Code + Data + CRC
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| Device Address | 1 字节 | 从站地址，范围 1–247；0 为广播地址 |
| Function Code | 1 字节 | 与 TCP 相同，指定操作类型 |
| Data | 不定长 | 起始地址、数量、寄存器值等 |
| CRC | 2 字节 | 循环冗余校验（多项式 0xA001），低字节在前 |
帧间静默间隔
RTU 用静默时间区分帧边界：帧与帧之间须保持至少 3.5 个字符时间的静默。字符时间 = (起始位 + 数据位 + 校验位 + 停止位) / 波特率。超出 3.5 个字符时间无数据，则认为当前帧结束。
Modbus RTU 转 Modbus TCP
在工业现场，许多设备仅支持 RS-485 + Modbus RTU 通信，而上位机（WCS、SCADA 等）通常通过以太网接入。串口服务器可实现 Modbus RTU → Modbus TCP 的协议透明转换，无需修改从站设备。
转换原理：串口服务器将以太网侧收到的 Modbus TCP 报文去掉 MBAP 头、加上 CRC，转为 RTU 帧发往 RS-485 总线；从站返回的 RTU 帧则反向去掉 CRC、加上 MBAP 头，封装为 TCP 帧返回客户端。
典型设备：USR-W610s
USR-W610s 是一款工业级双串口服务器，支持将 RS-485 总线上的 Modbus RTU 从站透明转换为 Modbus TCP 服务端，供以太网侧客户端直接读写。接线方式、串口参数与通信配置详见 USR 模块文档。
Modbus TCP 协议
1996 年，施耐德公司推出了基于以太网 TCP/IP 的 Modbus TCP 协议。
Modbus TCP 数据帧
Modbus 协议定义了独立于传输层的 PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）。当 Modbus 通过 TCP/IP 传输时，会在 PDU 前增加一个 MBAP（Modbus Application Protocol Header）头部，从而形成完整的 Modbus TCP 数据帧。
Modbus TCP Frame = MBAP Header + PDU
PDU = Function Code + Data
Modbus TCP 帧结构
一帧完整的 Modbus TCP 报文由 7 字节的 MBAP 头部和 PDU 两部分组成，按字节排列如下（下图按比特位标注，每 8 比特为 1 字节）：
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| MBAP Header | 7 字节 | 事务标识、协议标识、长度、单元标识 |
| PDU | N 字节 | 功能码 + 数据 |
MBAP 头部
MBAP 头部固定为 7 字节，结构如下：
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| Transaction Identifier | 2 字节 | 请求/响应配对标识 |
| Protocol Identifier | 2 字节 | Modbus TCP 固定为 0x0000 |
| Length | 2 字节 | 后续字段长度，通常为 Unit Identifier + PDU 的总长度 |
| Unit Identifier | 1 字节 | 从站地址或单元标识 |
PDU 结构
PDU 由“功能码 + 数据”组成，结构如下：
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| Function Code | 1 字节 | 指定本次操作类型 |
| Data | 不定长 | 起始地址、数量、寄存器值、线圈值等 |
Modbus 的操作对象
Modbus 通过访问逻辑地址空间来监控和控制设备。设备厂商通常会提供寄存器映射表，用于说明每个地址的实际含义。在与具体设备通信前，应先确认其寄存器定义。
地址分区与对象类型
Modbus 数据模型包含 4 类基本对象。原先文档中的“离散输入”和“线圈”地址分区写反了，正确对应关系如下：
| 对象类型 | 常见地址前缀 | 访问属性 | 典型功能码 |
|---|---|---|---|
| 线圈（Coils） | 0xxxx | 读/写，1 bit | 0x01、0x05、0x0F |
| 离散输入（Discrete Inputs） | 1xxxx | 只读，1 bit | 0x02 |
| 输入寄存器（Input Registers） | 3xxxx | 只读，16 bit | 0x04 |
| 保持寄存器（Holding Registers） | 4xxxx | 读/写，16 bit | 0x03、0x06、0x10 |
说明：
0xxxx和1xxxx操作的是位（bit）数据。3xxxx和4xxxx操作的是 16 位寄存器数据。- 文档、设备手册、驱动程序中有时会使用“去掉前缀后的偏移地址”，例如把
40001写成地址0。实际使用时应以设备寄存器表定义为准。
地址类型与功能码适配关 系
| 功能码 | 名称 | 适用对象 | 是否可写 |
|---|---|---|---|
0x01 | 读线圈 | 线圈（0xxxx） | 否 |
0x02 | 读离散输入 | 离散输入（1xxxx） | 否 |
0x03 | 读保持寄存器 | 保持寄存器（4xxxx） | 否 |
0x04 | 读输入寄存器 | 输入寄存器（3xxxx） | 否 |
0x05 | 写单个线圈 | 线圈（0xxxx） | 是 |
0x06 | 写单个保持寄存器 | 保持寄存器（4xxxx） | 是 |
0x0F | 写多个线圈 | 线圈（0xxxx） | 是 |
0x10 | 写多个保持寄存器 | 保持寄存器（4xxxx） | 是 |
四类对象说明
线圈：表示从站中的开关量输出，每个线圈只占 1 位，可读可写。常用功能码为 0x01、0x05、0x0F。
离散输入：表示从站中的开关量输入，例如传感器状态，每个输入只占 1 位，只能读取，常用功能码为 0x02。
输入寄存器：表示只读的 16 位输入数据，例如模拟量采集值，常用功能码为 0x04。
保持寄存器：表示可读可写的 16 位寄存器，常用于参数配置、状态控制和数值下发，常用功能码为 0x03、0x06、0x10。
常用功能码说明
下面示例中的“起始地址”均表示报文中的地址偏移量，不是 00001、10001、30001、40001 这类逻辑地址全称。
每个功能码均以“报文结构 + 报文示例（按字节拆解）”的方式说明：
- 报文结构：列出请求 / 响应 PDU 由哪些字段组成。
- 报文示例：先给出完整十六进制报文，再用表格把每一段字节对应到具体含义。所有报文都不含 CRC（CRC 是 Modbus RTU 才有的，TCP 由 MBAP 头替代校验）。
0x01 读线圈
用于读取线圈（0xxxx）的状态信息。请求中需要指定线圈的起始地址和数量。
报文结构：
| 报文 | 字段构成 |
|---|---|
| 请求 | MBAP 头 + 功能码 + 起始地址 + 线圈数量 |
| 响应 | MBAP 头 + 功能码 + 字节数 + 线圈状态数据（1 个线圈占 1 位） |
示例：读取从站 ID 为 1 的设备中，地址 1000（0x03E8）开始的 10 个线圈状态。
请求报文：00 01 00 00 00 06 01 01 03 E8 00 0A
响应报文：00 01 00 00 00 05 01 01 02 55 AA
0x02 读离散量输入
用于读取离散输入（1xxxx）的状态信息，例如传感器开关量。请求中需要指定离散输入的起始地址和数量。
报文结构：
| 报文 | 字段构成 |
|---|---|
| 请求 | MBAP 头 + 功能码 + 起始地址 + 输入数量 |
| 响应 | MBAP 头 + 功能码 + 字节数 + 输入状态数据（字节数 = ⌈数量 / 8⌉） |
示例：读取从站 ID 为 1 的设备中，地址 5000（0x1388）开始的 8 个离散输入状态。
请求报文：00 01 00 00 00 06 01 02 13 88 00 08
响应报文：00 01 00 00 00 04 01 02 01 3F
0x05 写单个线圈
向线圈（0xxxx）写入单个位状态。请求中需要指定线圈地址和写入值，0xFF00 表示 ON，0x0000 表示 OFF。响应与请求内容一致。
报文结构：
| 报文 | 字段构成 |
|---|---|
| 请求 | MBAP 头 + 功能码 + 线圈地址 + 输出值 |
| 响应 | MBAP 头 + 功能码 + 线圈地址 + 输出值（原样回显） |
示例：向从站 ID 为 1 的设备中，地址 100（0x0064）的线圈写入 ON。
请求报文：00 01 00 00 00 06 01 05 00 64 FF 00
响应报文：00 01 00 00 00 06 01 05 00 64 FF 00（字段含义与请求相同，为原样回显）
0x0F 写多个线圈
向线圈（0xxxx）批量写入状态。请求中需要指定起始地址、数量及写入值，数据域中为 1 的位表示 ON，为 0 的位表示 OFF。
报文结构：
| 报文 | 字段构成 |
|---|---|
| 请求 | MBAP 头 + 功能码 + 起始地址 + 线圈数量 + 字节数 + 输出值 |
| 响应 | MBAP 头 + 功能码 + 起始地址 + 线圈数量 |
示例：向从站 ID 为 1 的设备中，地址 500（0x01F4）开始的 4 个线圈写入状态 0110。
请求报文：00 01 00 00 00 09 01 0F 01 F4 00 04 01 06
响应报文：00 01 00 00 00 06 01 0F 01 F4 00 04
0x03 读保持寄存器
用于读取保持寄存器（4xxxx）的数据，例如参数值、控制字、状态字等。请求中需要指定起始地址和寄存器数量。
报文结构：
| 报文 | 字段构成 |
|---|---|
| 请求 | MBAP 头 + 功能码 + 起始地址 + 寄存器数量 |
| 响应 | MBAP 头 + 功能码 + 字节数 + 寄存器数据（字节数 = 寄存器数量 × 2） |
示例：读取从站 ID 为 1 的设备中，地址 1000（0x03E8）开始的 5 个保持寄存器，值依次为 1、2、3、4、5。
请求报文：00 01 00 00 00 06 01 03 03 E8 00 05
响应报文：00 01 00 00 00 0D 01 03 0A 00 01 00 02 00 03 00 04 00 05
0x04 读输入寄存器
用于读取输入寄存器（3xxxx）的数据，例如模拟量采样值。请求中需要指定起始地址和寄存器数量。
报文结构：
| 报文 | 字段构成 |
|---|---|
| 请求 | MBAP 头 + 功能码 + 起始地址 + 寄存器数量 |
| 响应 | MBAP 头 + 功能码 + 字节数 + 寄存器数据（字节数 = 寄存器数量 × 2） |
示例：读取从站 ID 为 1 的设备中，地址 2000（0x07D0）开始的 3 个输入寄存器，值依次为 1、2、3。
请求报文：00 01 00 00 00 06 01 04 07 D0 00 03
响应报文：00 01 00 00 00 09 01 04 06 00 01 00 02 00 03
0x06 写单个保持寄存器
用于向保持寄存器（4xxxx）写入单个 16 位数值。请求中需要指定寄存器地址和写入值，响应与请求内容一致。
报文结构：
| 报文 | 字段构成 |
|---|---|
| 请求 | MBAP 头 + 功能码 + 寄存器地址 + 寄存器值 |
| 响应 | MBAP 头 + 功能码 + 寄存器地址 + 寄存器值（原样回显） |
示例：向从站 ID 为 1 的设备中，地址 300（0x012C）的寄存器写入值 0x000A。
请求报文：00 01 00 00 00 06 01 06 01 2C 00 0A
响应报文：00 01 00 00 00 06 01 06 01 2C 00 0A（字段含义与请求相同，为原样回显）
0x10 写多个保持寄存器
用于向保持寄存器（4xxxx）批量写入多个 16 位数值。请求中需要指定起始地址、数量和写入值。
报文结构：
| 报文 | 字段构成 |
|---|---|
| 请求 | MBAP 头 + 功能码 + 起始地址 + 寄存器数量 + 字节数 + 寄存器值 |
| 响应 | MBAP 头 + 功能码 + 起始地址 + 寄存器数量 |
示例：向从站 ID 为 1 的设备中，地址 400（0x0190）开始的 3 个寄存器写入值 0x0101、0x0202、0x0303。
请求报文：00 01 00 00 00 0D 01 10 01 90 00 03 06 01 01 02 02 03 03
响应报文：00 01 00 00 00 06 01 10 01 90 00 03