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Modbus-RTU详解及报文解析

时间：2024-08-21 23:25:25浏览次数：16  
标签：RTU 报文 0x01 Modbus 地址 0x80 0x81 寄存器

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Modbus协议概述

Modbus RTU（Remote Terminal Unit）是Modbus通信协议的一种变种，用于串行通信。它是一种常见的工业控制系统通信协议，通常用于采集传感器数据、控制执行器和监控设备状态。

报文结构

从站地址功能码数据部分CRC检验
1 byte1 byten bytes2 bytes
  • 地址：取值范围是0-247，如果是0，就是主站广播报文；如果是1-247，则有可能是主站请求或者从站应答。
  • 功能码：也就是报文命令，代表主站对从站的操作，读或者写
  • 数据：数据字段，主请求报文，从应答报文会有所差异。也就是说假设抓取总线报文，如何区分是主站请求还是从站应答，则需要通过数据字段进行区分了。
  • CRC校验：采用CRC16，16位循环冗余校验。

Modbus RTU 帧总长度最大为 256 字节（即数据部分最多252字节）。

物理层

  • RS-485：半双工收发接口，这是最为常用的modbus物理层，信号采用差分电平编码，用一对双绞线现场布线，抗干扰性能也不错
  • RS-422：全双工收发接口，这种物理层也有比较多的应用，信号采用差分电平编码，需要两对双绞线现场布线，抗干扰性能也不错。与RS-485相比，其优势在于可以实现全双工，通信的效率高些，所需要的代价就是现场布线需要两对双绞线，增加了一定的成本。
  • RS-232：全双工收发接口，这个基本用在点对点通信场景下，不适合多点拓扑连接，采用共模电平编码，一般需要Rxd/Txd/Gnd三根线连接。

Modbus-RTU和Modbus-TCP的区别

  • Modbus RTU通过串行线（如RS-485、RS-232）进行数据传输，其传输速度相对较慢。

    Modbus
    RTU采用紧凑的二进制格式对数据帧进行封装，包括地址域、功能码、数据和校验和等字段。这种格式以二进制形式进行高效传输，因此则更适合实时或本地控制应用，尤其是在没有现成网络基础设施的环境中，如：工业自动化现场、嵌入式系统、传感器网络以及小型控制系统等场景

  • Modbus TCP利用TCP/IP协议栈在网络上进行数据传输，它依赖于以太网等网络基础设施，可以实现高速、大规模的数据传输。

    而Modbus
    TCP则是将每字节二进制数据转换为固定两位十六进制字符串，再依次串联在一起，以TCP码形式进行数据传送。因其简单、可靠和成本效益高的特点，广泛应用于大型自动化系统、数据中心、楼宇自动化以及工业物联网等对通信距离较远，且对数据传输的实时性和稳定性要求较高的场景。

数据链路层

链路层一个最最重要的职责就是对通讯介质的管理，如果没有介质的管理，就不能称其为总线。

寻址

Modbus从链路控制的角度属于主站(Master)/从站(Slave)模式，比较简单。对介质的访问控制相当于时分复用。通讯总是由主站发起，但可分为单播和广播两种方式，单播就是主站向特定的从站发出通讯请求，广播是向总线所有的设备发起通讯请求。

  • 广播(Broadcast)：主站向总线所有设备发出广播报文，所有从设备处理广播报文但不做应答，报文中地址为0则为广播请求:
  • 单播(Unicast): 报文中的地址字段指定所需要访问的设备，该设备收到请求后作出对应的应答。单播地址指的是从设备地址，主设备是没有地址的。
广播地址单播地址预留地址
01-247248-255

主站状态机

从链路管理的角度来看，总线介质上发送报文的有两种设备，一种是主设备，另一种是从设备。对于主设备来说，它会有两种报文会向总线介质发送：一种是广播报文，另一种是单播报文。下图状态机描述了Modbus的介质管理：
在这里插入图片描述
图中的事件的产生，将会触发主设备链路状态机从一个状态迁移到另一个状态，在事件触发后，还伴随动作需要执行。

  • 空闲：主设备处于空闲态。如果此时应用程序需要发送一个从设备请求，就会切换到等待应答状态；如果此时应用需要发送总线广播，此时，主设备就切换到广播延时。
  • 等待应答：在等待应答状态时，主设备将等待来自从设备的应答报文，如果接收到从站的报文，则进入应答处理。如果等待超时则进入错误处理状态机；在等待过程中，状态机不发生迁移。
  • 广播延时：如果主设备需要发送广播报文，则发送完就进入广播延时状态。这里为什么要延时呢？延时的设计目的就是留给从设备一点时间去处理接收到的广播请求。如果主设备没有这个延时，那么如果应用马上在发一个请求，则从设备有可能来不及处理。但是从设备只做接收处理，任何从设备都不可以对广播报文进行应答。

从站状态机

对于从设备来说，只接收主设备请求或者发送应答，因此从设备的状态机就更简单了。
在这里插入图片描述
从设备的状态机很简单，系统一上电就进入空闲状态，空闲态一直监听总线报文，当收到一个完整的报文时，首先校验报文的正确性，再检查报文是否是发给该设备的，如果是请求本设备的，则先完成请求的操作，然后准备好应答报文，如果出错则将出错信息发送给主站。如果收到的是主站广播请求，则仅仅处理相应请求，不做任何应答。

介质管理

对于帧的时间管理，其实就是对介质的冲突管理，Modbus-RTU对于介质管理规定了2个重要的时间参数，以实现成帧、冲突管理等。
在 RTU 模式， 报文帧由时长至少为 3.5 个字符时间的空闲间隔区分。软件通过这个时间来判断数据是否发送完，当超过3.5 个字符时间没有收到数据，表示本次数据传输完成。
在这里插入图片描述
这个图可以用于断帧，也就时判断是否接收到一个完整的帧，因此只需要使用一个定时器在每次收到一个字节后，就重启一个3.5字节定时器，如果这个3.5字节定时器中断了，就证明收到了一个Modbus报文，至于这个报文是不是正确的报文，可以在进一步根据帧格式进行校验。另外还规定了报文需要连续发送，字节间隔不得超过1.5字节时间。

上面对于介质管理所规定得时分复用，可以用一个状态机来描述：
在这里插入图片描述

应用层

Client/Server模型

其实这里Client/Server是从应用层的角度描述得，Modbus-RTU中，主设备其应用层就是client侧，而slave从设备就是应用的server。

  • 无错误：Client(主站)向从站发出请求，Server(从站)执行命令请求的操作，然后发送应答给Client(主站)，这里的操作，有可能是读取参数，设置参数，或者执行某个动作，具体取决于如何设计。
  • 有错误：Client(主站)向从站发出请求，Server(从站)检测到错误，然后发送异常应答给Client(主站)。这里的错误，有可能是读取失败，寄存器地址非法，写失败，执行动作失败等。

CRC16校验及代码实现

CRC校验（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验）
CRC-16即生成的校验码是16位(2Bytes)的。

CRC校验原理

CRC校验的原理是将要发送的数据视为一个多项式，通过生成多项式进行计算得到余数，将余数附加到数据后发送。接收端再用相同的生成多项式进行计算，比较结果是否一致来判断数据是否正确。CRC校验具有检错能力强、开销小、易于实现等优点，广泛应用于数据存储和数据通信领域。‌
CRC校验广泛应用于各种场合，包括数据存储和数据通信领域。例如，著名的通讯协议X.25的FCS采用CRC-CCITT，WinRAR、NERO、ARJ、LHA等压缩工具软件采用CRC32，磁盘驱动器的读写采用CRC16，通用的图像存储格式GIF、TIFF等也都用CRC作为检错手段。‌

查表法实现CRC16校验

//输入参数： *puchMsg用于计算的报文，usDataLen报文中的字节数
//返回值：即为计算出的16位校验码
unsigned short CRC16 ( unsigned char *puchMsg, unsigned short usDataLen )  
{ 
	unsigned char uchCRCHi = 0xFF ;  // 高字节初始化值 
	unsigned char uchCRCLo = 0xFF ;  // 低字节初始化值 
	unsigned uIndex ;  				 // 查询表索引
	 
	while (usDataLen--) 	// 完成整个报文缓冲区
	{ 
		uIndex = uchCRCLo ^ *puchMsg++ ;   
		uchCRCLo = uchCRCHi ^ auchCRCHi[uIndex] ; 
		uchCRCHi = auchCRCLo[uIndex] ; 
	} 
	return (uchCRCHi << 8 | uchCRCLo) ; 
} 

static unsigned char auchCRCHi[] = { 
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 } ; 
 

static char auchCRCLo[] = { 
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 };

ModbusRTU报文分析案例

01读取输出线圈

发送报文格式如下

从站地址功能码地址高位地址低位数量高位数量低位CRC校验
0x010x010x000x130x000x1B

发送报文含义：
读取1号从站输出线圈（R/W），寄存器起始地址为0x13=19，对应绝对地址为00020，线圈数量为0x1B=27。
即读取1号从站输出线圈，地址从00020-00046，共27个线圈的状态值。

协议中的起始地址指的是索引，后面的地址指的是具体地址，对于任意一个存储区，索引都是从0开始的，但是对应的具体地址，与存储区是相关的，比如输出线圈，0对应00001；输入线圈，0对应10001；输入寄存器，0对应30001；保持寄存器，0对应40001。

返回报文格式如下

从站地址功能码数据长度字节1字节2字节3字节4CRC校验
0x010x010x040xCD0x6B0xB20x05

返回1号从站输出线圈00020-00046，共27个线圈的状态值，返回字节数为4个，分别为CD 6B B2 05。
CD=1100 1101 对应 00020-00027
6B=0110 1011 对应 00028-00035
B2=1011 0010 对应 00036-00043
05=0000 0101 对应 00044-00046

02读取输入线圈

发送报文格式如下

从站地址功能码地址高位地址低位数量高位数量低位CRC校验
0x010x020x000xC40x000x1D

发送报文含义：
读取1号从站输入线圈（R），寄存器起始地址为0xC4=196，对应绝对地址为10197，线圈数量为0x1D=29。
即读取1号从站输入线圈，地址从10197-10225，共29个线圈的状态值。

返回报文格式如下

从站地址功能码数据长度字节1字节2字节3字节4CRC校验
0x010x020x040xCD0x6B0xB20x05

返回1号从站输出线圈10197-10225，共29个线圈的状态值，返回字节数为4个，分别为CD 6B B2 05。
CD=1100 1101 对应 10197-10204
6B=0110 1011 对应 10205-10212
B2=1011 0010 对应 10213-10220
05=0000 0101 对应 10221-10225

03读取保持寄存器

发送报文格式如下

从站地址功能码地址高位地址低位数量高位数量低位CRC校验
0x010x030x000x6B0x000x02

发送报文含义：
读取1号从站保持寄存器，起始地址为0x6B=107，对应地址为40108，寄存器数量为0x02=2，即读取1号从站保持寄存器，地址从40108-40109，共2个寄存器的数值。

返回报文格式如下

从站地址功能码数据长度1高2低2高2低CRC校验
0x010x030x040x020x2B0x010x06

返回报文含义：
返回1号从站保持寄存器40108-40109，共2个寄存器的数值，返回字节数为4个，分别为02 2B 01 06。
40108对应数值为0x022B；
40109对应数值为0x0106；

04读取输入寄存器

发送报文格式如下

从站地址功能码地址高位地址低位数量高位数量低位CRC校验
0x010x040x000x6B0x000x02

发送报文含义：
读取1号从站输入寄存器，起始地址为0x6B=107，对应地址为30108，寄存器数量为0x02=2，即读取1号从站输入寄存器，地址从30108-30109，共2个寄存器的数值。

返回报文格式如下

从站地址功能码数据长度1高2低2高2低CRC校验
0x010x040x040x020x2B0x010x06

返回报文含义：
返回1号从站输入寄存器30108-30109，共2个寄存器的数值，返回字节数为4个，分别为02 2B 01 06。
30108对应数值为0x022B；
30109对应数值为0x0106；

05写入单个线圈（预置单线圈）

发送报文格式如下

从站地址功能码地址高位地址低位标志高位标志低位CRC校验
0x010x050x000xAC0xFF0x00

发送报文含义：
预置1号从站单个线圈的值，线圈地址为0x00AC=172，对应地址为00173，断通标志0xFF00表示置位，0x0000表示复位，即置位1号从站输出线圈00173。

返回报文格式如下

从站地址功能码地址高位地址低位标志高位标志低位CRC校验
0x010x050x000xAC0xFF0x00

预置单输出线圈原报文返回。

06写入单个寄存器（预置单寄存器）

发送报文格式如下

从站地址功能码地址高位地址低位数据高位数据低位CRC校验
0x010x060x000x870x030x9E

发送报文含义：
预置1号从站单个保持寄存器的值，寄存器地址为0x0087=135，对应地址为40136，写入值为0x039E=926，即预置1号从站保持寄存器40136值为0x039E。

返回报文格式如下

从站地址功能码地址高位地址低位数据高位数据低位CRC校验
0x010x060x000x870x030x9E

预置单保持寄存器原报文返回。

0F写入多个线圈（预置多线圈）

10写入多个寄存器（预置多寄存器）

运动控制案例

寄存器地址功能设定范围读写操作
0x01原点寄存器0W
0x02定位运动寄存器0-512W
0x05当前位置寄存器0-512R

1. 回原点
0X01 寄存器位定义：【地址高位】写入 0，回原点操作使能。

主站发送写入命令：

从站地址功能码地址高位地址低位数据高位数据低位CRC低位CRC高位
0x010x060x000x010x000x000x0A0xD8

从机应答：

从站地址功能码地址高位地址低位数据高位数据低位CRC低位CRC高位
0x010x060x000x010x000x000x0A0xD8

2. 定位运动
运行到指定位置
0x02 寄存器位定义：【数据高低位】目标位置。只写，设置范围0-512。

主站发送写入命令：
0x0200 = 512

从站地址功能码地址高位地址低位数据高位数据低位CRC低位CRC高位
0x010x060x000x020x020x000x6A0x29

从机应答：

从站地址功能码地址高位地址低位数据高位数据低位CRC低位CRC高位
0x010x060x000x020x020x000x6A0x29

3. 当前位置
读取当前位置寄存器的值，回复当前位置的数据。运行中无反馈数据。
0X05 寄存器位定义：【长度高低位】当前位置的数据。只读，读取范围0-512。

主站发送读取命令：

从站地址功能码地址高位地址低位长度高位长度低位CRC低位CRC高位
0x010x030x000x050x000x010x0B0x94

从机应答：

从站地址功能码数据长度数据高位数据低位CRC低位CRC高位
0x010x030x020x020x000x6A0x15

标签：RTU,报文,0x01,Modbus,地址,0x80,0x81,寄存器
From： https://blog.csdn.net/qq_39281631/article/details/141106612

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  • iertutil.dll：Internet Explorer的核心，找不到后的修复指南
    iertutil.dll是一个与InternetExplorer浏览器相关的动态链接库（DLL）文件。这个文件包含了InternetExplorer浏览器运行时所需的一些核心功能和资源，例如处理HTML和JavaScript代码、管理浏览器窗口等。iertutil.dll对于确保InternetExplorer浏览器在Windows操作系统中的正常运......
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    certutil实战小技巧(绕过部分上传限制)上传时遇到限制上传大小时：编码base64：certutil-encodeyb.exe1.txt可以把1.txt拆成三个txt，分块上传后，再使用copyc:\*txtc:\123.txt//把c盘根目录下的所有txt合并为123.txtcertutil-decode123.txt123.exe收集了一些windows......
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