Modbus 是一个工业上常用的通讯协议、一种通讯约定。
ModBus 协议是应用层报文传输协议(OSI 模型第7层),它定义了一个与通信层无关的协议数据单元(PDU),即PDU=功能码+数据域。
ModBus 协议能够应用在不同类型的总线或网络。对应不同的总线或网络,Modbus 协议引入一些附加域映射成应用数据单元(ADU),即ADU=附加域+PDU。目前,Modbus 有下列三种通信方式:
1. 以太网,对应的通信模式是Modbus TCP。
2. 异步串行传输(各种介质如有线RS-232-/422/485/;光纤、无线等),对应的通信模式是 Modbus RTU 或 Modbus ASCII。Modbus 的ASCII、RTU 协议规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式,数据通讯采用Maser/Slave方式。
3. 高速令牌传递网络,对应的通信模式是Modbus PLUS。
Modbus 需要对数据进行校验,串行协议中除有奇偶校验外,ASCII 模式采用LRC 校验;RTU 模式采用16位CRC 校验;TCP 模式没有额外规定校验,因为TCP 是一个面向连接的可靠协议。
Modbus 协议的应用中,最常用的是Modbus RTU 传输模式。
RTU 传输模式
当设备使用RTU (Remote Terminal Unit) 模式在 Modbus 串行链路通信, 报文中每个8位字节含有两个4位十六进制字符。这种模式的主要优点是较高的数据密度,在相同的波特率下比ASCII 模式有更高的吞吐率。每个报文必须以连续的字符流传送。
RTU 模式每个字节 ( 11 位 ) 的格式为:
编码系统: 8位二进制。 报文中每个8位的字节含有两个4位十六进制字符(0–9, A–F)
Bits per Byte: 1 起始位
8 数据位, 首先发送最低有效位
1 位作为奇偶校验
1 停止位
偶校验是要求的,其它模式 ( 奇校验, 无校验 ) 也可以使用。为了保证与其它产品的最大兼容性,同时支持无校验模式是建议的。默认校验模式模式 必须为偶校验。注:使用无校验要求2 个停止位。
字符的串行传送方式:
每个字符或字节均由此顺序发送(从左到右):最低有效位 (LSB) . . . 最高有效位 (MSB)
设备配置为奇校验、偶校验或无校验都可以接受。如果无奇偶校验,将传送一个附加的停止位以填充字符帧:
帧检验域:循环冗余校验 (CRC)
在RTU 模式包含一个对全部报文内容执行的,基于循环冗余校验 (CRC - Cyclical Redundancy Checking) 算法的错误检验域。
CRC 域检验整个报文的内容。不管报文有无奇偶校验,均执行此检验。
CRC 包含由两个8位字节组成的一个16位值。
CRC 域作为报文的最后的域附加在报文之后。计算后,首先附加低字节,然后是高字节。CRC 高字节为报文发送的最后一个子节。
附加在报文后面的CRC 的值由发送设备计算。接收设备在接收报文时重新计算 CRC 的值,并将计算结果于实际接收到的CRC 值相比较。如果两个值不相等,则为错误。
CRC 的计算,开始对一个16位寄存器预装全1。 然后将报文中的连续的8位子节对其进行后续的计算。只有字符中的8个数据位参与生成CRC 的运算,起始位,停止位和校验位不参与 CRC 计算。
CRC 的生成过程中, 每个 8–位字符与寄存器中的值异或。然后结果向最低有效位(LSB)方向移动(Shift) 1位,而最高有效位(MSB)位置充零。 然后提取并检查 LSB:如果LSB 为1, 则寄存器中的值与一个固定的预置值异或;如果LSB 为 0, 则不进行异或操作。
这个过程将重复直到执行完8次移位。完成最后一次(第8次)移位及相关操作后,下一个8位字节与寄存器的当前值异或,然后又同上面描述过的一样重复8次。当所有报文中子节都运算之后得到的寄存器中的最终值,就是CRC。
当CRC 附加在报文之后时,首先附加低字节,然后是高字节。