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Modbus 是一种通信协议，用于工业自动化领域中的设备之间的通信。它是一种串行通信协议，广泛应用于连接不同设备、传感器和执行器的工业控制系统。 Modbus 在工业控制系统、自动化设备、能源管理系统等领域得到广泛应用。

Modbus 协议的基本特点：

通信方式： Modbus 支持串行通信和以太网通信。串行通信通常使用 RS-232、RS-485 或 RS-422 等标准。

协议类型： Modbus 协议有不同的变体，包括 Modbus RTU（二进制形式）和 Modbus ASCII（ASCII 文本形式）。此外，基于以太网的 Modbus TCP/IP 也是一种常见的变体。

数据帧： Modbus 通信使用数据帧（Frame）进行信息传递。帧包括地址、功能码、数据和错误检测字段。

功能码： Modbus 定义了一系列功能码，用于执行不同的操作。例如，读取保持寄存器、写入单个寄存器等。

寄存器：数据在 Modbus 中以寄存器的形式存储。有输入寄存器、保持寄存器等不同类型。

主从结构： Modbus 通信通常涉及到主从结构。主设备（Master）发起通信请求，而从设备（Slave）响应请求。

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数据帧

Modbus 通信使用数据帧（Frame）进行信息传递。帧包括地址、功能码、数据和错误检测字段。
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网络架构

每种类型的设备(PLC, HMI，控制面板，驱动程序，运动控制，I/O设备…)都可以使用MODBUS协议发起远程操作。

同样的通信可以在串行线上完成，也可以在以太网TCP/IP网络上完成。网关允许使用MODBUS协议在几种类型的总线或网络之间进行通信
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MODBUS协议定义了三个PDUs.
 MODBUS Request PDU, mb_req_pdu
 MODBUS Response PDU, mb_rsp_pdu
 MODBUS Exception Response PDU, mb_excep_rsp_pdu

Modbus主从通信

Modbus 通信通常涉及到一个主设备（Master）和一个或多个从设备（Slave）。以下是建立 Modbus 通信连接的一般步骤：

主设备（Master）的操作：

确定通信参数：主设备需要确定与从设备通信时所需的参数，包括通信端口、波特率、奇偶校验等。

选择通信方式：主设备可以选择串行通信（RS-232、RS-485、RS-422等）或以太网通信（Modbus TCP/IP）。

创建 Modbus 请求帧：主设备通过构建包含适当功能码和数据的 Modbus 请求帧来发起通信请求。功能码指示所需的操作，例如读取寄存器、写入寄存器等。

发送请求帧：主设备通过选定的通信方式将请求帧发送到从设备。

等待响应：主设备等待从设备的响应。响应帧包含所请求的数据或操作的结果。

解析响应：主设备解析从设备发送的响应帧，提取所需的信息。

从设备（Slave）的操作：

接收请求帧：从设备通过选定的通信方式接收主设备发送的请求帧。

解析请求：从设备解析主设备发送的请求帧，确定所需执行的操作和相关参数。

执行操作：从设备执行主设备请求的操作，例如读取寄存器、写入寄存器等。

创建响应帧：从设备根据执行结果创建包含响应数据的 Modbus 响应帧。

发送响应帧：从设备通过选定的通信方式将响应帧发送回主设备。

在通信过程中，主从设备都应该能够处理可能的错误情况。这可能包括超时、通信中断、校验错误等。

modbus协议的主从通信

在 Linux 下使用 C/C++ 实现 Modbus 主从通信涉及到底层的串口或网络通信编程，以及构建 Modbus 请求和响应帧的操作。以下是一个简单的示例，使用串口通信（RS-485）实现 Modbus 主从通信，主设备读取从设备的保持寄存器的例子.

安装 Modbus 库

sudo apt-get install libmodbus-dev

Modbus 从设备代码

从设备代码示例（modbus_slave.cpp)

#include <modbus/modbus.h>

int main() {
    modbus_t *ctx;
    uint16_t holding_registers[2] = {0x1234, 0xABCD};

    // Create a new context with Modbus RTU over RS-485
    ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyUSB0", 9600, 'N', 8, 1);
    if (ctx == NULL) {
        fprintf(stderr, "Unable to create Modbus context\n");
        return -1;
    }

    // Set the Modbus device ID
    modbus_set_slave(ctx, 1);

    // Start the Modbus server (listen for requests)
    modbus_mapping_t *mb_mapping = modbus_mapping_new(0, 0, 2, 0);
    modbus_mapping_set_base_address(mb_mapping, 0, 0);
    modbus_mapping_set_pointer(ctx, mb_mapping);

    while (1) {
        // Handle Modbus requests
        modbus_receive(ctx, mb_mapping);
        modbus_reply(ctx, mb_mapping, 0x01);  // 0x01 is the Modbus function code for reading holding registers
    }

    // Clean up
    modbus_mapping_free(mb_mapping);
    modbus_close(ctx);
    modbus_free(ctx);

    return 0;
}

Modbus 主设备代码

主设备代码示例（modbus_master.cpp）

#include <modbus/modbus.h>

int main() {
    modbus_t *ctx;
    uint16_t holding_registers[2];

    // Create a new context with Modbus RTU over RS-485
    ctx = modbus_new_rtu("/dev/ttyUSB0", 9600, 'N', 8, 1);
    if (ctx == NULL) {
        fprintf(stderr, "Unable to create Modbus context\n");
        return -1;
    }

    // Set the Modbus device ID
    modbus_set_slave(ctx, 1);

    // Connect to the Modbus server
    if (modbus_connect(ctx) == -1) {
        fprintf(stderr, "Modbus connection failed: %s\n", modbus_strerror(errno));
        modbus_free(ctx);
        return -1;
    }

    // Read holding registers from the Modbus server
    int num_registers = modbus_read_registers(ctx, 0, 2, holding_registers);
    if (num_registers == -1) {
        fprintf(stderr, "Modbus read failed: %s\n", modbus_strerror(errno));
    } else {
        printf("Holding Register 0: 0x%04X\n", holding_registers[0]);
        printf("Holding Register 1: 0x%04X\n", holding_registers[1]);
    }

    // Disconnect and clean up
    modbus_close(ctx);
    modbus_free(ctx);

    return 0;
}

编译和运行

# 编译从设备代码
g++ modbus_slave.cpp -o modbus_slave -lmodbus

# 编译主设备代码
g++ modbus_master.cpp -o modbus_master -lmodbus

# 运行从设备
./modbus_slave

# 在另一个终端运行主设备
./modbus_master

实际中需要根据具体设备的 Modbus 协议文档和通信方式进行适当的配置和编码。同时，对于网络通信，可以使用 Modbus TCP/IP，而不是串口通信。

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