Modbus協(xié)議的常用基本定義——(RS485總線系統(tǒng)應(yīng)用之2)續(xù)

當(dāng)消息從主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備時(shí)，功能代碼域?qū)⒏嬷畯脑O(shè)備需要執(zhí)行哪些行為。例如去讀取輸入的開關(guān)狀態(tài)，或讀一組寄存器的數(shù)據(jù)內(nèi)容，或讀從設(shè)備的診斷狀態(tài)，或允許在從設(shè)備中調(diào)入、記錄、校驗(yàn)程序等。

當(dāng)從設(shè)備回應(yīng)時(shí)，它使用功能代碼域來(lái)指示是正?；貞?yīng)(無(wú)誤)還是有某種錯(cuò)誤發(fā)生（稱作異議回應(yīng)）。對(duì)正常回應(yīng)，從設(shè)備僅回應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng)，從設(shè)備返回功能代碼的最高位為“1”。例如：

一條主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼：

0 0 0 0 0 0 1 1（十六進(jìn)制03H）

對(duì)正?；貞?yīng)，從設(shè)備返回同樣的功能代碼。對(duì)異議回應(yīng)，它將返回：

1 0 0 0 0 0 1 1（十六進(jìn)制83H）

除功能代碼因異議回應(yīng)作了修改外，從設(shè)備還將一個(gè)獨(dú)特的代碼放到回應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯(cuò)誤。

主設(shè)備得到異議回應(yīng)后，典型的處理過(guò)程是重發(fā)消息?；蛘哒?qǐng)求技術(shù)員，幫助診斷發(fā)給從設(shè)備的消息是否有錯(cuò)。

3.5數(shù)據(jù)域

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，數(shù)據(jù)域可以由若干個(gè)ASCII字符或RTU字節(jié)組成。數(shù)據(jù)域的值由十六進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，范圍為00H～FFH。

主設(shè)備發(fā)給從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含從設(shè)備必須完成的由功能代碼所定義的行為。其中包括了不連續(xù)的寄存器地址、要處理項(xiàng)的數(shù)目、域中實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。

例如，如果主設(shè)備需要從從設(shè)備讀取一組保持寄存器（功能代碼03），則必須在數(shù)據(jù)域中指定起始寄存器地址以及要讀的寄存器個(gè)數(shù)。如果主設(shè)備需要向從設(shè)備寫一組的寄存器（功能代碼10十六進(jìn)制），則必須在數(shù)據(jù)域中指明要寫的寄存器起始地址、要寫的寄存器個(gè)數(shù)以及要寫入的數(shù)據(jù)。

在某種消息中，數(shù)據(jù)域可以是不存在的（0長(zhǎng)度）。例如，主設(shè)備要求從設(shè)備回應(yīng)通信事件記錄（功能代碼0BH），從設(shè)備不需任何附加的信息。

3.6錯(cuò)誤檢測(cè)域

標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)有兩種錯(cuò)誤檢測(cè)模式。錯(cuò)誤檢測(cè)域的內(nèi)容視所選的檢測(cè)模式而定。

ASCII模式:

當(dāng)選用ASCII模式時(shí)，錯(cuò)誤檢測(cè)域包含兩個(gè)ASCII字符。這是使用LRC（縱向冗長(zhǎng)檢測(cè)）方法對(duì)消息內(nèi)容計(jì)算得出的，不包括開始的冒號(hào)符及回車換行符。LRC字符處在回車換行符前面。

RTU模式:

當(dāng)選用RTU模式時(shí)，錯(cuò)誤檢測(cè)域包含一個(gè)16Bits值(用兩個(gè)8位的字符來(lái)實(shí)現(xiàn))。錯(cuò)誤檢測(cè)域的內(nèi)容是通過(guò)CRC(循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè))方法得出的。CRC域附加在消息的最后，CRC的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個(gè)字節(jié)。

4. Modbus的錯(cuò)誤檢測(cè)方法

標(biāo)準(zhǔn)的Modbus串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方法。奇偶校驗(yàn)對(duì)每個(gè)字符都可用，幀檢測(cè)（LRC或CRC）應(yīng)用于整個(gè)消息。它們都是在消息發(fā)送前由主設(shè)備產(chǎn)生的，從設(shè)備在接收過(guò)程中檢測(cè)每個(gè)字符和整個(gè)消息幀。

用戶要給主設(shè)備配置一個(gè)預(yù)先定義的超時(shí)時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間間隔要足夠長(zhǎng)，以使任何從設(shè)備都能作出正常反應(yīng)。如果從設(shè)備檢測(cè)到傳輸錯(cuò)誤，消息將不會(huì)被接收，也不會(huì)向主設(shè)備作出回應(yīng)。這樣產(chǎn)生的超時(shí)事件將觸發(fā)主設(shè)備來(lái)處理錯(cuò)誤。發(fā)往不存在的從設(shè)備的地址也會(huì)產(chǎn)生超時(shí)。

4.1奇偶校驗(yàn)

用戶可以配置控制器是奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，也可以是無(wú)校驗(yàn)。如果指定了奇或偶校驗(yàn)，將計(jì)算每個(gè)字符(8個(gè)Bit)中“1”的位數(shù)（ASCII模式7個(gè)數(shù)據(jù)Bit，RTU中8個(gè)數(shù)據(jù)Bit）。例如字符C5H包含以下8個(gè)數(shù)據(jù)Bit：

1 1 0 0 0 1 0 1

整個(gè)字符“1”的位數(shù)是4個(gè)。如果便用了偶校驗(yàn)，因?yàn)?是偶數(shù)，幀的奇偶校驗(yàn)位將是0，使得整個(gè)幀的“1”的個(gè)數(shù)仍是偶數(shù)(4)。如果使用了奇校驗(yàn)，幀的奇偶校驗(yàn)位將是1，便得整個(gè)幀的“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)(4+1=5)。

如果沒(méi)有指定奇偶校驗(yàn)位，傳輸時(shí)就沒(méi)有校驗(yàn)位，也不進(jìn)行校驗(yàn)檢測(cè)。此時(shí)，在要傳輸?shù)淖址麕性黾右粋€(gè)停止位。

4.2 LRC校驗(yàn)

被應(yīng)用于ASCII模式，消息包括了一個(gè)基于LRC方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域。LRC域檢測(cè)了消息域中除開始的冒號(hào)及結(jié)束的回車換行號(hào)以外的內(nèi)容。

LRC域是一個(gè)包含8位二進(jìn)制值的字節(jié)。LRC值由發(fā)送設(shè)備計(jì)算并放到消息幀中，接收設(shè)備在接收消息的過(guò)程中重新計(jì)算LRC，并將它和接收消息中的LRC值比較，如果兩值不等，說(shuō)明有錯(cuò)誤。

LRC方法是將消息中的8Bit的字節(jié)連續(xù)累加，丟棄了進(jìn)位。

4.3 CRC校驗(yàn)

被應(yīng)用于RTU模式，消息包括了一個(gè)基于CRC方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域。CRC域檢測(cè)了整個(gè)消息的內(nèi)容。

CRC域是兩個(gè)字節(jié)，包含一個(gè)16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。

CRC方法比LRC方法繁瑣得多，受篇幅限制在此不作介紹。如需了解，請(qǐng)參見本人發(fā)表的《CRC校驗(yàn)原理與程序設(shè)計(jì)》一文。

一個(gè)通信實(shí)例：

表3是一個(gè)以RTU方式讀取整數(shù)數(shù)據(jù)的例子。主機(jī)向01H號(hào)從機(jī)發(fā)出04H號(hào)(讀取輸入寄存器)功能碼,要求讀取從0000H地址開始的2個(gè)(16Bit)輸入寄存器的值。CB71H是01H、04H、00H、00H、00H、02H六個(gè)數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)值。從機(jī)應(yīng)答時(shí)將地址和功能碼原樣發(fā)回，并將2個(gè)(16Bit)輸入寄存器的值0107H和0251H分成4個(gè)(8Bit)數(shù)據(jù)01H、07H、02H、51H發(fā)回。258BH是01H、04H、04H、01H、07H、02H、51H七個(gè)數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)值。

主機(jī)請(qǐng)求消息幀(8個(gè)字節(jié))

從機(jī)應(yīng)答消息幀(9個(gè)字節(jié))

表3.以RTU方式讀取整數(shù)數(shù)據(jù)

參考文獻(xiàn)：

①GB/T 19582.1-2008《基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范》

②Modbus協(xié)議中文版可在互聯(lián)網(wǎng)上下載