[FreeModbus源碼分析] 1.協議簡介

MODBUS協議分為兩層，一層是資料連結層，一層是應用程式層。在官網上，分別有兩篇文檔描述了MODBUS的資料連結層和應用程式層。當然，資料連結層有多種實現方式，官網給的是基於串列的方式。兩篇文檔分別為 MODBUS over Serial Line Specification and Implementation Guide 和 MODBUS Application Protocol Specification。兩篇specifiaction 加起來100頁左右，很快就能看完。所以那些想學協議的同學，最好是從官網下載正規的規格書。

FreeModbus協議是一個基於MODBUS協議的開源實現，實現了從機部分的功能。代碼不長，移植也十分方便。

資料連結層

在此層上，MODBUS是主從結構，一個匯流排上只能有一個主機，允許有247個從機，所有的通訊都是由主機發起的。主機有兩種發送模式，一種是單向，另一種是廣播。MODBUS的地址空間一共有256個，第0個用於廣播，248-255保留，剩餘247個分配給從機，而主機是沒有地址的。

MODBUS的資料單元(protocol data unit, PDU)由功能碼和資料群組成，而在物理層上的一幀則是在PDU前加上地址，在PDU後加上CRC校正組成。

有兩種串列傳輸模式。一種是RTU(remote terminal unit)，另一種是ASCII。RTU應用的更多一些，在 specification 中，明確規定，RTU是必須實現的，而ASCII只是可選的。
RTU的優勢在於資訊比ASCII更緊湊，也就是傳輸的更快。RTU中每一個位元組是11 bits，由1個起始位，8個資料位元，1個同位位元，一個停止位。預設是偶校正位。

在MODBUS中，是用時間間隔來區分每一幀的，由此可以聯想到，單片機實現的時候一定要用定時器。每一幀的間隔要大於3.5倍的字元，每兩個位元組之間不能大於1.5個字元，否則會認為出錯。
在傳輸速率小於19200的時候，這兩個規則必須實現。當大於19200的時候，t3.5取為1750us，t1.5取為750us。

在每一幀的最後是CRC16校正。校正的c實現，在 specification 上已經給出。起始位，校正位，結束位不參與CRC校正。

從機的狀態轉換圖如下

這可以用狀態機器實現。

應用程式層

應用程式層是一種請求和響應的模式，功能是由功能碼指出。值得一提的是MODBUS還可以通過TCP/IP協議的502連接埠來實現通訊。

PLC中資料分為四種，線圈，數字量輸入，輸入寄存器和保持寄存器。前兩種是可以位訪問，後兩種是字訪問。對於每一種資料，其資料可以分別定址，從0-65535。

特別指出，這裡地址是以MODBUS而言的。與裝置中的寄存器地址有別。
寄存器資訊地址(PLC地址)
寄存器資訊地址指的是存放於控制器中的地址，這些控制器可以使PLC，也可以是觸控螢幕，或是文本顯示器。例如40001,30002等，這些地址一般使用10進位描述。
寄存器定址地址(協議地址)
寄存器定址地址指的是通訊時使用的寄存器地址，例如資訊地址40001對應定址地址0x0000,40002對應定址地址0x0001，寄存器定址地址一般使用16進位描述。再如，資訊寄存器40003對應定址地址0002，資訊寄存器30003對應定址地址0002，雖然兩個資訊寄存器通訊時使用相同的地址，但是需要使用不同的命令才可以訪問，所以訪問時不存在衝突。

功能碼

一共有127個功能碼，其中部分是公用的，其他可以使用者自己定義。

現在舉一例
功能1 讀寄存器值
這個功能可以讀1-2000個連續的寄存器值。讀時需要制定起始寄存器地址，寄存器數量。如果請求的格式正確，則返回寄存器數量，和每一位寄存器值，對於不是8的倍數的寄存器數量請求，則添0補全。