c语言rtu解析通讯协议,Modbus通讯协议（二）——RTU

电力系统是一个综合化的系统，作为一个熟练的电工，对于通信有着一定的认识。否则很多问题，我们将无从下手。首先我们从广泛应用于现场的Modbus-RTU模式，来开始讲起。

Modbus-RTU模式是指当控制器设为在Modbus网络上以RTU(远程终端模式)模式通信，在消息中的每个8Bit包含两个4Bit的十六进制字符。

说明：

Bit(位)，信息的最小单位，简写为b，代表0或1的数位讯号。

Byte(字节)，用于计量储存容量的一种计量单位，简写为B，1Byte=8Bits，即1字节等于8位。1字节可以表示的内容个数为2的8次方，即256个。

Word(字)，用来计算机一次性处理事务的一个固定长度的位组。对于工业现场控制设备常用的16位系统来说1Word＝2Byte＝16Bit。在计算机中大多数寄存器的尺寸就是一个字长。

一、信息帧的格式

使用RTU模式注意下面两点：

1、信息帧发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。在最后一个字符传输字符之后，一个至少3.5个字符时间的停顿标定了信息帧的结束。一个新的信息帧可在此停顿之后开始。如果一个新消息在小于3.5个字符时间内接着前个消息开始，接受的设备将认为它是前一信息帧的延续，这将导致CRC码的值出错。

2、整个信息帧必须作为一连续的流传输。如果在帧完成之前有超过1.5字符时间的停顿时间，接受设备将刷新不完整的信息帧并认为存在丢包现象。

通过不同的网络波特率来调整不同的间隔时间，这是最容易实现的。其帧格式及传输过程示意图如下所示：

说明：

波特率是指模拟线路信号的速率，以波形每秒的振荡数来衡量。

如果数据不压缩，波特率等于每秒传输的数据位数，与比特率相等。

如数据进行了压缩(为了提高通信速率)，被压缩的数据形成码元(根据调制方式不同，码元的位数不一)。

下面举一个例子来说明调制

现在有如下一串01001111，共8Bit。

如果一位一位的来看，那就是有两种不同的离散值0和1，只有高、低电平两种幅度。

现在将每两个bit作为一个符号，也就是两位两位的来看，即把这串信号这样看：01 00 11 11。两位两位来看的话，就从之前只有高、低电平幅度(两种不同的离散值)变成了四种不同的幅度(就是概率里面的排列组合得出2*2=4)：00(最低)、01(低)、10(高)、11(最高)，有了四种不同的离散值。

上述信号也就变成了「低」「最低」「最高」「最高」，四种幅度对应成0、1、2、3，那么信号串就变成了1、0、3、3 。

上述过程就是调制。

那么在数据进行过压缩的情况下，比特率=波特率*log2(N)，其中N表示离散值的数量。

示例：波特率为240Baud，有8种电平与之对应，则其与之对应的比特率为240*log2(8)=720bps

下面来分项来说说信息帧中的各部分：

1、地址码

地址码是信息帧的第一个字节(8位)，从0到255。每个从机都必须有唯一的地址。在下行帧中，表明只有符合地址码的从机才能接收由主机发送来的信息。在上行帧中，表明该信息来自于何处。

备注：如果地址为0x00，则认为是一个广播命令，就是所有从机要接收主机发来的信息。规约规定广播命令必须是写命令，并且从站也不发送回答。

2、功能码

功能码是信息帧的第二个字节。ModBus通讯规约定义功能号为1到127。大多数设备只利用其中一部分功能码。下行帧中，通过功能码告诉从机执行什么动作。在上行帧中，从机发送的功能码与主机发送来的功能码一样，并表明从机已响应主机进行的操作，否则表明从机没有响应操作或发送出错。其常用功能码如下所示：

3、数据

它因不同的功能码及不同的从机而不同。数据区可以是实际数据、状态值、参考地址、数据长度等等。

4、CRC码

CRC码由发送设备计算，放置于发送信息的尾部。接受信息的设备再重新计算接收到的信息的CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符(或将接收到的信息除以约定的除数，应无余数)，如果不相符(有余数)，则表明出错。它用于保证主机或从机对传送过程中出错的信息起不了作用，增加了系统的安全与效率。

下面我就来说一下CRC码是如何计算出来的。

在介绍CRC码的计算过程之前，我们先来谈谈“模2除法”。

A、模2运算

“模2除法”与“算术除法”类似，但它既不向上借位，也不比较除数和被除数的相同位数值大小，只要以相同位数进行相除即可。

“模2加法”为1+1=0，1+0=1，0+0=0，0+1=1；

“模2减法”为1-1=0，1-0=1，0-0=0，0-1=1；

大家仔细看看上面的运算，是否觉得非常像一种逻辑运算？

没错，上述运算相当于二进制中的逻辑异或运算。也就是比较后，两者对应位相同则结果为“0”，不同则结果为“1”。下面以100101除以1110为例，为大家展示一下“模2除法”的运算，如下图示：

上述算式的商为11，余数为1。

B、CRC校验步骤

1、先选择一个用于在接收端进行校验时，对接收的帧进行除法运算的除数。此除数可以随机选择，也可按标准选择。通常以多项式的方式表示，这个多项式也称之为“生成多项