modbus tcp 入门详解
Modbus tcp 格式說明 通訊機制 附C#測試工具用于學習，測試
前言：
?之前的博客介紹了如何用C#來讀寫modbus tcp服務(wù)器的數(shù)據(jù)，文章：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7885368.html
當然也有如何創(chuàng)建一個服務(wù)器文章：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7782315.html
但是上面的兩篇文章是已經(jīng)封裝好的API，只要調(diào)用就可以實現(xiàn)功能了，對于想了解modbus tcp的原理的人可能就不適合了，最近有不少網(wǎng)友的想要了解這個協(xié)議，所以在這里再寫一篇介紹Modbus tcp的文章，不過這篇文章是簡易版本的，未來我再研究深入的話，再開一篇高級版，在簡易版中，就略去了成功標志位及其他數(shù)據(jù)標志，這些到等到后面再說。
先分享一下，我自己學習的地址來源：http://blog.csdn.net/thebestleo/article/details/52269999? 聲明：本文并非轉(zhuǎn)載，并非照搬原文章，是在我參照原博客的基礎(chǔ)上，理解了基本的modbus通訊，并結(jié)合自己的理解，重新寫一篇更好入門的文章，此處貼出原作者的帖子以示尊重知識產(chǎn)權(quán)，原文章有些地方有一點錯誤，而且早就停止更新了，也沒有提供方便的測試工具，官方的modbus 測試工具是試驗版本的，需要購買序列號才可以，所以此處提供我自己的測試工具，地址如下，下面的介紹的例子都是基于這個工具來實現(xiàn)的。
https://github.com/dathlin/ModBusTcpTools/raw/master/download/download.zip
關(guān)于該測試工具也是開放源代碼的，如果想要查看源代碼：https://github.com/dathlin/ModBusTcpTools
技術(shù)支持QQ群：592132877
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準備條件：
在上面的測試工具下載之前，需要一些額外的知識補充，此處不管你是學習什么語言的，對于socket通信層來說，其實是一樣的，下面的講解的內(nèi)容是直接基于底層的，無關(guān)語法的操作。
但是需要你對字節(jié)概念非常清晰，一般都是byte數(shù)組，一個byte有8個位，這個也要非常的清晰，如果連byte是什么都搞不清楚，那么對本文下面的內(nèi)容理解會非常的吃力，那么還是建議你再看看計算機原理這些書，對于socket通信，每種語言都有不同的寫法，但是所有的語言都有兩個共同點，都能實現(xiàn)把數(shù)據(jù)發(fā)送到socket和從socket接收數(shù)據(jù)，至于這個如果去做，就參照你自己需要使用的語言了，此處不做這方面的說明了。
關(guān)于十六進制文本，在本文的下面的內(nèi)容上，所有的byte字節(jié)數(shù)組都表示成十六進制形式，比如 FF 10 代表2個字節(jié)，一個是255，另一個是16。
| 1 2 3 | byte[] temp =?new?byte[2]; temp[0] = 0xFF; temp[1] = 0x10; |
如果將上述的temp看作是讀取到的線圈的數(shù)據(jù)，那么轉(zhuǎn)換規(guī)則如下：
先將上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成二進制 ：?1111 1111????（第一個byte，我們從高位寫到地位）??????????? ?0001 0000?? （第二個byte，我們從高位寫到地位）
對應(yīng)的線圈就是，線圈7-線圈0，，，，第二個byte對應(yīng)的線圈是，線圈15-線圈8?????這里一定要好好理解，從byte上來說，temp[0]是地位，temp[1]是高位，深入到每個byte里面的二進制，高位在前，低位在后。
在C#里等同于下面的代碼，和C語言，java也是非常的相近，還算比較好理解。
如果我說，發(fā)送 00 00 00 00 00 06 FF 01 00 00 00 01 到socket上去，那么也就是：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | byte[] temp =?new?temp[12]; temp[0] = 0x00; temp[1] = 0x00; temp[2] = 0x00; temp[3] = 0x00; temp[4] = 0x00; temp[5] = 0x06; temp[6] = 0xFF; temp[7] = 0x01; temp[8] = 0x00; temp[9] = 0x00; temp[10] = 0x00; temp[11] = 0x01; socket.Send(temp); |
先不要管上面的數(shù)據(jù)是什么含義，知道上面的代碼是啥含義就行了。接下來就是下載上面的測試工具，開始真正的學習modbus tcp協(xié)議了！
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測試工具初始化
先運行Server.exe文件，端口里輸入502，然后點擊啟動服務(wù)即可，如下：
然后運行Client.exe程序，在Ip地址里輸入127.0.0.1，端口里輸入502，點擊配置即可，我們看到，如果你的服務(wù)器程序運行在了別的電腦上，甚至是云端，只要客戶端的ip修改成服務(wù)器的ip，端口號對應(yīng)上，就可以訪問到服務(wù)器的數(shù)據(jù)了。
特殊測試不用去管，和我們現(xiàn)在學習的東西不一致。
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功能碼詳細解釋
對于modbus來說，涉及的功能碼也就是0x01，0x02，0x03，0x05，0x06，0x0F，0x10了，其實分類來說，就只有兩種，線圈和寄存器，也就是位讀寫和字讀寫，首先需要清楚的是功能碼不一樣，對應(yīng)數(shù)據(jù)的解析規(guī)則也不一樣，下面就針對不同的情況來說。
首先說明的是，modbus協(xié)議呢，最終目的還是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，既然是數(shù)據(jù)交互，那就是包含了數(shù)據(jù)讀和寫，我們把我們的想法轉(zhuǎn)化成一串數(shù)據(jù)，發(fā)送給設(shè)備（或者叫服務(wù)器），它返回一串數(shù)據(jù)，根據(jù)規(guī)則解析出來，這樣就得到了我們真正想要的數(shù)據(jù)。下面就來第一個想法實現(xiàn)吧。
另外，在modbus服務(wù)器端，數(shù)據(jù)是使用地址的方式來公開的，這很好理解，服務(wù)器端保存了很多數(shù)據(jù)，你想要訪問某個數(shù)據(jù)肯定需要指定唯一的身份標識，從連續(xù)的地址來區(qū)分數(shù)據(jù)是最常用的做法，不僅好理解，還便于擴展，比如你還可以讀取連續(xù)地址的數(shù)據(jù)塊。如果采用字符串名字來標識數(shù)據(jù)，就沒有這個特點。
對于位操作來說（各種線圈和離散量），一個地址代表了一個bool變量，即 0 和 1，要么通要么斷，就好比一些普通的開關(guān)。
對于寄存器來說，一個地址代表了2個byte，共有65536種方式，可以滿足大多數(shù)日常使用了，比如我們讀取地址0的寄存器，返回 00 00 及代表寄存器0數(shù)據(jù)為0，如果返回 01 00 ，那么代表寄存器0數(shù)據(jù)為 256?
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功能碼0x01:
我不直接上一串數(shù)據(jù)，這樣看著也累，我們從例子出發(fā)，現(xiàn)在我們需要讀取線圈（離散量）操作，我想讀取地址0的線圈是否是通還是斷的。我們有了這個功能需求后，就可以根據(jù)需求來寫出特殊的指令了。根據(jù)協(xié)議指定，需要填寫長度為12的byte數(shù)組
byte[0]??? byte[1]??? byte[2]?? byte[3]?? byte[4]?? byte[5]?? byte[6]?? byte[7]?? byte[8]?? byte[9]?? byte[10]?? byte[11]??
byte[0]??? byte[1]???????????? : 消息號---------隨便指定，服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)的前兩個字和這個一樣
byte[2]?? byte[3]????????????? ：modbus標識，強制為0即可
byte[4]???byte[5]????????????? ?：指示排在byte[5]后面所有字節(jié)的個數(shù)，也就是總長度-6
byte[6]：?????????????????????? 站號，隨便指定，00? -- FF 都可以
byte[7] ：???????????????????? 功能碼，這里就需要填入我們的真正的想法了
byte[8]? byte[9]?????????????? ：起始地址，比如我們想讀取地址0的數(shù)據(jù)，就填 00 00 ，如果我們想讀取地址1000的數(shù)據(jù)，怎么辦，填入 03 E8 ，也就是將1000轉(zhuǎn)化十六進制填進去。
byte[10]? byte[11]????????????? ：指定想讀取的數(shù)據(jù)長度，比如我們就想讀取地址0的一個數(shù)據(jù)，這里就寫 00 01，如果我們想讀取地址0-999共計一個數(shù)據(jù)的長度，就寫 03 E8。和起始地址是一樣的。
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有了上面的格式之后，接下來我們就按照格式來填寫數(shù)據(jù)吧，我們需要讀取地址0的數(shù)據(jù)，那么指定如下
00 00 00 00 00 06 FF 01 00 00 00 01
消息號設(shè)為0，站號FF，功能碼01，地址01，長度01：將上面的指令在客戶端程序里進行輸入，點擊發(fā)送，這樣就在下面的響應(yīng)框里接收到服務(wù)器反饋的數(shù)據(jù)，我們最終需要的信息就在反饋的數(shù)據(jù)里了。
前面是接收到數(shù)據(jù)的時間，自動忽略，那么返回的數(shù)據(jù)就是 00 00 00 00 00 04 FF 01 01 00 共計10個字節(jié)的數(shù)據(jù)，ok，這玩意到底是什么意思呢，我們來分別解析下：
byte[0]? byte[1] :???????????? 消息號，我們之前寫發(fā)送指令的時候，是多少，這里就是多少。
byte[2]? byte[3]：?????????? 必須都為0，代表這是modbus 通信
byte[4]? byte[5]：?????????? 指示byte[5]后面的所有字節(jié)數(shù)，你數(shù)數(shù)看是不是4個？所以這里是00 04，如果后面共有100個，那么這里就是 00 64
byte[6]：??????????????????????? 站號，之前我們寫了FF，那么這里也就是FF
byte[7]：??????????????????????? 功能碼，我們之前寫了01的功能碼，這里也是01，和我們發(fā)送的指令是一致的
byte[8]：??????????????????????? 指示byte[8]后面跟隨的字節(jié)數(shù)量，因為跟在byte[8]后面的就是真實的數(shù)據(jù)，我們最終想要的結(jié)果就在byte[8]后面
byte[9]：??????????????????????? 真實的數(shù)據(jù)，哈哈，這肯定就是我們真正想要的東西了，我們知道一個byte有8位，但是我們只讀取了一個位數(shù)據(jù)，所有這里的有效值只是byte[9]的最低位，二進制為 0000 0000 我們看到最低位為0，所以最終我們讀取的地址0的線圈為斷。
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假設(shè)我們讀取地址10，開始的共10個線圈呢，那么會返回什么？所以我們發(fā)送 00 00 00 00 00 06 FF 01 00 0A 00 0A
我們接收到了：00 00 00 00 00 05 FF 01 02 79 01????? 前面的8個字節(jié)的信息參照上面的分析，是一致的，我們就針對后面三個字節(jié)著重分析。我們讀取了10個位，那么一個字節(jié)可以表示8個位，那么我們的結(jié)果至少需要2個byte才能表示完，所以最終的數(shù)據(jù)肯定是2個字節(jié)，那么02就是后面的字節(jié)數(shù)量，也就是真實的數(shù)據(jù)長度。
要想從 79 01 數(shù)據(jù)中分析出我們真實想要的數(shù)據(jù)，還需要經(jīng)過最后一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。先轉(zhuǎn)為二進制：
0111 1001???????? ? 0000 0001
第二步：按每八位進行分割，上述其實已經(jīng)分割好了，中間空格多的是分割，以字為單位，將二進制順序顛倒：
1001 1110???????? 1000000
第三步：最終數(shù)據(jù)就是??? 線圈10-線圈19的通斷情況是：通，斷，斷，通，通，通，通，斷，通，斷???? 再后面的0都是無效的
至此我們獲取到了我們最終的數(shù)據(jù)！因為此處服務(wù)器都是0，所以所有的線圈都是斷，等會可以結(jié)合05功能碼寫線圈進行聯(lián)合測試。
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功能碼0x02:
這個功能碼和上面的一致，在本服務(wù)器里不支持這個功能碼。發(fā)送和解析規(guī)則和上面的一致，不再贅述。
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功能碼0x05:
我們先講解05功能碼，這個功能碼是實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入，它能實現(xiàn)什么功能呢，我們可以利用這個功能碼來指定某個線圈通或斷，具體怎么操作呢，有了之前01功能碼的經(jīng)驗，下面的代碼看起來就順利多了。
比如我要指定地址0的寄存器為通：?00 00 00 00 00 06 FF 05 00 00 FF 00????前面的含義都是一致的，我們就分析?05 00 00 FF 00
05 是功能碼， 00 00 是我們指定的地址，如果我們想寫地址1000為通，那么就為 03 E8，至于FF 00是規(guī)定的數(shù)據(jù)，如果你想地址線圈通，就填這個值，想指定線圈為斷，就填 00 00 ，其他任何的值都對結(jié)果無效。
然后我們看看寫入的操作服務(wù)器返回了什么 ？??我們看到也是??00 00 00 00 00 06 FF 05 00 00 FF 00???因為在你寫入的操作中，是不帶讀取數(shù)據(jù)的，所以服務(wù)器會直接復(fù)制一遍你的指令并返回。
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下面再舉例一些方便理解（我們只需要指定地址及是否通斷的情況即可）：
寫入地址100為通：?00 00 00 00 00 06 FF 05 00?64 FF 00???
寫入地址1000為斷：00 00 00 00 00 06 FF 05 03 E8 00 00
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功能碼0x0F:
我們已經(jīng)實現(xiàn)了0x05來單個的線圈寫入，我們可以指定線圈100為通，其實就兩個信息需要指定，線圈地址是什么，通還是端，然后我們就可以自然而然的寫出指令碼了，但是現(xiàn)在我們需要實現(xiàn)一個功能時，將地址0-999共計1000個線圈全部為off，這怎么搞？
按照我們之前的經(jīng)驗，可以發(fā)送一千次的0x05功能碼的指令來實現(xiàn)，大不了寫1000次么。。。。。（寫到第100次的時候估計已經(jīng)吐血了）
所以我們就繼續(xù)研究有沒有其他的功能碼來實現(xiàn)，突然發(fā)現(xiàn)0x0F這一個神奇的功能碼，這個功能碼是什么意思呢，就是為了批量寫入而存在的，就比如上面的例子0-999都為off，那么指令是什么呢。
00 00 00?00 00?84 FF 0F 00 00 03?E8?7D?...（后面跟125個byte，都是00）?
上面的指令就實現(xiàn)了我們的需求，現(xiàn)在來詳細解釋下，它怎么就實現(xiàn)了我們的需求。分析之前，我們發(fā)現(xiàn)不同的功能碼，的前8個字節(jié)的規(guī)律是一模一樣了，都是標識號+modbus號+長度+站號，后面基本是跟地址和長度，或是直接是地址和數(shù)據(jù)。
00 00???????? 消息標識號，隨便寫什么，反正你寫什么數(shù)據(jù)，服務(wù)器就復(fù)制一遍而已。
00 00?????????modbus標志號，都是00 就對了。
00 84?????????我們先轉(zhuǎn)化為十進制，0x0084轉(zhuǎn)化十進制就是132，也就是說，00 84(不包含00 84)后面跟了132個字節(jié)
FF????????????? 站號，其實也是隨便寫，反正服務(wù)器返回一樣的
00 00???????? 起始地址，此處就是0，如果起始地址為100，那么就寫00 64，如果起始地址為1000，那么就寫03 E8
03 E8?????????我們需要寫的數(shù)據(jù)長度，因為我們需要寫1000個線圈，就是03 E8，如果我們寫999個線圈，那么就是03 E7。
7D???????????? 這個字節(jié)代表后面跟隨的真實寫入的數(shù)據(jù)的長度，為125個字節(jié)。
125個字節(jié)? 真實的數(shù)據(jù)，我們寫1000個位，那么一個字節(jié)為8位，那么剛好125個字節(jié)可以塞完數(shù)據(jù)，那么問題來了，如果我們想實現(xiàn)000-998共計999個地址都是off。那怎么搞。?
那么指令為 00 00 00 00 00 84 FF 0F 00 00 03 E7 7D ...（后面125個byte，都是00）咦，怎么還是125個，原來無論寫多少個，比如x個，如果是8的倍數(shù)，剛好x/8個byte，如果除不盡怎么辦，就是x/8+1個字節(jié)，這樣才能裝滿我們需要寫的數(shù)據(jù)。
既然后面都是125個字節(jié)，那么寫1000個還是999個，那么區(qū)分的關(guān)鍵就在于長度，03 E8還是03 E7。
大致的數(shù)據(jù)在上面已經(jīng)說明了，具體怎么寫數(shù)據(jù)看下面，比如我們寫入地址10-地址19共計10個長度的線圈，要求的結(jié)果分別是，On,Off,Off,On,On,On,On,Off,On,Off，也就是 通，斷，斷，通，通，通，通，斷，通，斷，接下來轉(zhuǎn)換0和1，如下：
1001111010
接下來就是關(guān)鍵了，怎么轉(zhuǎn)化成真實的byte，這樣我們就可以最終寫出來指令了。
第一步：以8個8個為單位進行切割，結(jié)果為?10011110??? 10
第二步：第一步的字單位，每個單位前后順序顛倒，不然不足8位，前面補零，結(jié)果為???0111 1001????????? 0000?0001
第三步：這下可以寫成真實的數(shù)據(jù)了，79 01
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那么最接下來我們就可以寫最終的指令了，實現(xiàn)寫入地址10-19為：通，斷，斷，通，通，通，通，斷，通，斷??也即?00 00 00 00 00 09 FF 0F 00 0A 00 0A 02 79 01???????? (地址10-19的線圈分別為 通，斷，斷，通，通，通，通，斷，通，斷）
注意上述第二步為什么要順序顛倒，那是因為在計算機的單個byte存儲中，高位在前，地位在后，而對于多個連續(xù)的byte來說，地位在前，高位在后，所以需要顛倒，如果還是不明白，就先死記，終有一天會恍然大悟。
現(xiàn)在應(yīng)該能實現(xiàn)任何的連續(xù)線圈的寫入了吧。
寫入之后，看看了服務(wù)器返回了什么：
00 00 00 00 00 06 FF 0F 00?0A?00 0A????：現(xiàn)在再來看這個數(shù)據(jù)就很簡單了，就是返回了我們寫入數(shù)據(jù)的前12分字節(jié)，然后把00 09長度更改為實際的長度 00 06，因為是寫入操作，所以返回的數(shù)據(jù)沒什么意義。
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功能碼0x03:
該功能碼實現(xiàn)寄存器的數(shù)據(jù)讀取，我們需要知道的是，一個寄存器占2個byte，而且是高位在前，地位在后，那么如果寄存器0的數(shù)據(jù)為1000，那么我們讀取到的數(shù)據(jù)就是03 E8，這是我們最終想要的東西，03功能碼和01功能碼很接近，就是功能碼替換一下，返回的數(shù)據(jù)解析不一樣而已，比如我們需要讀取地址0的寄存器數(shù)據(jù)：
00 00 00 00 00 06 FF 03 00 00 00 01?????????????? 是不是很熟悉？，當你看到這個的時候，腦力里馬上就是功能碼03，讀取寄存器，地址0，長度1??????? 返回如下：
00 00 00 00 00 05 FF 03 02 03?E8??????????????????? 主要就是看功能碼后面的數(shù)據(jù)了，我們想要的真實數(shù)據(jù)肯定藏在后面，也就是?02 03 E8，不是說一個寄存器返回2個字節(jié)嘛，怎么就變成3個了？事實上第一個字節(jié)不是代表數(shù)據(jù)，而是代表后面的字節(jié)長度是2個字節(jié)，那么03 E8就是真實的數(shù)據(jù)了，代表了寄存器0存儲了1000這個數(shù)據(jù)。
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未完待續(xù)...
轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/duanweishi/p/9351916.html
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的modbus tcp 入门详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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