Modbus TCP 协议详解及C语言示例

Modbus TCP 是一种应用于以太网的通讯协议，基于Modbus RTU协议。Modbus协议是一种应用于串行数据通信的协议，广泛应用于工业控制系统。Modbus TCP 将传统的 Modbus RTU 消息封装在 TCP/IP 报文中，使其能够在现代的以太网环境中进行通信。本文将详细介绍 Modbus TCP 协议的报文格式、各部分具体含义，并给出 C 语言的示例。

Modbus TCP 报文格式

Modbus TCP 报文主要包含以下部分：

1. 事务标识符（Transaction Identifier）：2 字节
2. 协议标识符（Protocol Identifier）：2 字节
3. 长度（Length）：2 字节
4. 单元标识符（Unit Identifier）：1 字节
5. 功能码（Function Code）：1 字节
6. 数据（Data）：n 字节

1. 事务标识符

事务标识符用于标识请求/响应报文对。客户端发起请求时生成一个唯一的事务标识符，服务器响应时使用相同的事务标识符。这使得客户端能够区分并正确处理并发请求。

2. 协议标识符

协议标识符用于区分不同的上层协议。对于 Modbus TCP 来说，协议标识符固定为 0x0000。

3. 长度

长度字段表示从单元标识符开始的报文总字节数。包括单元标识符、功能码和数据字段。

4. 单元标识符

单元标识符用于标识设备中的特定单元。在 Modbus TCP 中，单元标识符对应于 Modbus RTU 中的设备地址。

5. 功能码

功能码用于指示报文的操作类型。如读取保持寄存器、写入单个寄存器等。常见的功能码有：

• 0x03：读取保持寄存器
• 0x06：写入单个寄存器
• 0x10：写入多个寄存器

6. 数据

数据字段的内容取决于功能码。例如，对于读取保持寄存器操作，数据字段包含起始寄存器地址和要读取的寄存器数量。

C 语言示例

以下是一个使用 C 语言实现的 Modbus TCP 客户端示例，用于读取保持寄存器：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (client_socket == -1) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100");
    server_addr.sin_port = htons(502);

    if (connect(client_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("connect");
        exit(1);
    }

    // 构建 Modbus TCP 读取保持寄存器请求报文
    unsigned char request[12] = {
        0x00, 0x01, // 事务标识符
        0x00, 0x00, // 协议标识符
        0x00, 0x06, // 长度
        0x01,       // 单元标识符
        0x03,       // 功能码：读取保持寄存器
        0x00, 0x00, // 起始寄存器地址
        0x00, 0x01  // 要读取的寄存器数量
    };

    // 发送请求报文
    if (write(client_socket, request, sizeof(request)) == -1) {
        perror("write");
        exit(1);
    }

    // 接收响应报文
    unsigned char response[BUFFER_SIZE];
    int response_length = read(client_socket, response, BUFFER_SIZE);
    if (response_length == -1) {
        perror("read");
        exit(1);
    }

    // 解析响应报文
    if (response[7] != 0x03) {
        printf("Error: Invalid function code in response.\n");
        exit(1);
    }
    if (response[8] != 0x02) {
        printf("Error: Invalid data length in response.\n");
        exit(1);
    }

    int register_value = (response[9] << 8) | response[10];
    printf("Register value: %d\n", register_value);

    close(client_socket);
    return 0;
}

以上示例创建一个 TCP 客户端，连接到 IP 地址为 “192.168.1.100”、端口号为 502 的 Modbus TCP 服务器。然后构造一个读取保持寄存器的请求报文，并发送到服务器。接收并解析服务器的响应报文，最后输出寄存器值。

请注意，此示例仅用于演示目的，实际应用可能需要考虑更多的错误处理和功能。在实际项目中，可以使用现有的 Modbus TCP 库，例如 libmodbus，以便更方便且安全地处理 Modbus TCP 通信。

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