ModBus通信协议

1. 主从模式

RS-485上的软件层协议ModBus主要依赖于主从模式。主从模式是指在半双工通讯方式上，2个或者2个以上的设备组成的通讯系统中：

(1) 至少且只有一个主机，其他的都是从机
(2) 不管任何时候，从机都不能主动向主机发送数据
(3) 主机具有访问从机的权限，从机不可以主动访问从机，任何一次数据交换，都要由主机发起
(4)不管是主机还是从机，系统一旦上电，都要把自己置于接收状态(或者称为监听状态)
主从机的数据交互，需要：
a. 主机将自己转为发送状态
b. 主机按照预先约定的格式发出寻址数据帧。
所谓的约定，可是主机开发者和从机开发者约定好的规约，好，例如主机要通过从机控制接在从机的电机，主机要启动电机就往从机发0x1，停止电机就往从机发0x2。这就是一种预
先约定好的格式，但是这样做，互换性、兼容性、通用性差，例如其他公司是约定发送0x03让电机转动，发0x04让电机停止。导致不同厂家的主机、从机不能相互通讯。用户需要的，就像网络操作，只要接入有网的网线那么计算机都能上网。
所以说，我们需要一种大家都共同遵循的规则(可以是ModBus，也可以是TCP/IP等上层协议)，这种大家认可，共同遵循的软件层协议。软件层协议主要是解决如何解析传输的数据，即传输的目的或者更加可靠的传输数据。
半双工通讯中，都是主机寻找从机，主机的目的无非有: 主机要发数据给从机，或者主机要从从机中获取数据。
c. 主机恢复自身的接收状态
主机等待自身所寻址的从机作回应，也就是说从机接收到主机的寻址命令、数据后一定要回应主机，不然主机会认为从机通讯异常。回应数据包也是要按照ModBus协议规约(其实不局限ModBus，像TCP/IP也需要回应是吧！~)

2. ModBus通讯协议

通俗点来讲，ModBus规约了起停电机，主机要分别发送什么命令给从机。ModBus规定主从机之间数据的交互，需要遵循什么样的格式，如何保证数据在传输过程中不发生冲突。只要都遵循这个协议，那么不同厂家的主从机就可以共用了。
ModBus一般是工作在一主多从的场景，还是这个图：

主机和从机之间的连线不一定是非要485来作为载体，也可以是IIC，SPI。因为ModBus是软件层的协议，它既可以规约485硬件接线方式，也可以规约其他硬件接线方式。很多资料会写”基于RS-485的ModBus通讯协议”，意思是底层的0、1数据是通过RS-485方式去传输的，0、1的意义则是通过ModBus去解析的。强调，硬件协议可以确保数据得以传输出去，软件协议保障数据的有序传输，数据不会发生冲突。
ModBus规定：
(1) 主从模式
有的协议规定是多主模式，意思是系统中的设备都是主机，它们并没有主从之分，任何时刻，谁想发送数据都可以往总线上发送，例如网络通信、CAN总线通讯，自然它们自有一套防止数据冲突机制，485由于不具备冲突检测的硬件机制，所以它必须遵循主从模式。主从模式的原则是，整个系统只能有一个主机，每一个从机都必须有一个唯一的地址
(2) 从机的地址是作为每个从机的唯一标识。地址取值是0-247，0号地址表示广播地址，广播地址由主机保留，当主机向0号地址发数据包的时候，每一个从机设备都会收到数据包。也就是说，当主机发出的寻址帧的地址是0的时候，所有从机都要执行主机要求的动作。按理说，从机收到主机的寻址帧之后，是要做出应答包的，但是现在是0号地址，也就是要回的话每台从机都要回，那么肯定会造成RS-485通讯线上的数据混乱，因此所有从机在主机发0号地址时候不予返回数据包应答。
从机的地址有两个作用
a. 主机向目标从机发寻址帧时其地址部分为从机地址，这样主机才可以检索到目标从机
b. 对于主机的目标从机，当收到主机发来的非0地址时，要做出数据包应答，假设从机要返回数据包给主机，自然是要把数据包放到RS-485总线上，因为每台从机，其物理连线是在一起的，所以这就会造成其他从机认为数据是要发送给它的现象，所以在从机回复主机的数据包中，加上从机自身的地址，那么其他从机读取到这个地址值跟自己的地址不相同，就不会去响应了。
(3) ModBus数据包的格式
主机要寻找某台从机，需要发出相应格式的信息，这就需要谈到ModBus的两种传输方式:
a. RTU传输方式
RTU实际上也成为二进制方式。假设主机要发送0x23，那就是发送0010 0011，按照485通讯协议，先发高位，即1100 0100。前后分别加上起始、停止位: “起始位 1100 0100 停止位”共10位数据
b. ASC传输方式
同样要发送0x23，它是十六进制数，会将其拆成十位的’2’和个位的’3’，将它们的asc码依次发出去，’0’的asc码是0x32，’3’的asc是0x33，转为二进制为0011 0010和0011 0011，同样要加上停止、起始位，共20位数据
很明显，asc传输方式比较低，但是由于它传输的是asc码，所以可以利用一些串口终端将其数值打印出来。

特别提醒，RS-485硬件协议决定，对于每一个字节数据的传输是先发高位，再发地位，所以假设数组u8型数组revArr[2]存放着接收到的数据，那么接收端解析数据应该是u16型data = revArr[0] * 256 + revArr[1]。

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