Modbus TCP帧结构详解

Modbus TCP是基于TCP/IP协议的Modbus变体，常用于以太网网络中。与Modbus RTU和Modbus ASCII不同，Modbus TCP没有起始和结束静默时间，而是使用TCP/IP协议进行数据传输。以下是Modbus TCP帧结构的详细解释：

Modbus TCP帧结构

Modbus TCP帧由以下几个部分组成：

MBAP头（Modbus Application Protocol Header）
PDU（Protocol Data Unit）

1. MBAP头

MBAP头包含7个字节，具体结构如下：

事务标识符（Transaction Identifier）: 2字节
- 用于匹配请求和响应。
协议标识符（Protocol Identifier）: 2字节
- 固定为0，表示Modbus协议。
长度（Length）: 2字节
- 表示后续数据的长度，包括单元标识符和PDU。
单元标识符（Unit Identifier）: 1字节
- 用于标识从设备，在Modbus TCP中通常用于网关场景。

2. PDU（Protocol Data Unit）

PDU包含以下部分：

功能码（Function Code）: 1字节
- 指定请求的操作类型（如读写寄存器）。
数据域（Data）: 可变长度
- 包含与功能码相关的数据（如寄存器地址和数量）。

完整的Modbus TCP帧结构

+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+
| Transaction ID   | Protocol ID      | Length           | Unit ID          | Function Code    | Data             |
| (2 bytes)        | (2 bytes)        | (2 bytes)        | (1 byte)         | (1 byte)         | (N bytes)        |
+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+

示例

假设我们有一个读取保持寄存器（功能码0x03）的请求，其事务标识符为0x0001，协议标识符为0x0000，单元标识符为0x01，读取的寄存器地址为0x0010，数量为2。帧结构如下：

事务标识符: 0x0001
协议标识符: 0x0000
长度: 0x0006（1字节Unit ID + 1字节Function Code + 4字节Data）
单元标识符: 0x01
功能码: 0x03
数据: 0x0010（起始地址） + 0x0002（寄存器数量）

+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+
| 0x00             | 0x01             | 0x00             | 0x00             | 0x00             | 0x06             | 0x01             | 0x03             | 0x00             | 0x10             | 0x00             | 0x02             |
+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+

响应帧结构

如果从设备响应读取请求，返回的帧结构如下：

事务标识符: 0x0001（与请求一致）
协议标识符: 0x0000
长度: 0x0005（1字节Unit ID + 1字节Function Code + 1字节Byte Count + N字节Data）
单元标识符: 0x01
功能码: 0x03
字节计数: 0x04（读取2个寄存器，每个寄存器2字节）
数据: 寄存器值（每个寄存器2字节）

假设读取的寄存器值为0x1234和0x5678：

+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+
| 0x00             | 0x01             | 0x00             | 0x00             | 0x00             | 0x07             | 0x01             | 0x03             | 0x04             | 0x12             | 0x34             | 0x56             | 0x78             |
+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+------------------+

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