海思iGate系列現場總線智能網關應用領域、場合多樣，其中，以LonWorks、BACnet與ModBus RTU協議相互轉換情況最為多見。為此，當用戶監(jiān)控系統(tǒng)基于RS485總線、ModBus RTU協議時，由于LonWorks、BACnet、CAN等現場總線技術復雜，一般情況下都是由海思在智能網關出廠時就預先把軟件編制后下載到智能網關中，而由用戶監(jiān)控系統(tǒng)調試人員承擔ModBus RTU協議通信數據的讀寫。本文將介紹ModBus協議與編程方法，供大家參考。
ModBus通訊協議分為RTU協議和ASCII協議。下面就ModBus RTU協議簡要介紹如下：
一、通訊協議
（一）、通訊傳送方式：
通訊傳送分為獨立的信息頭，和發(fā)送的編碼數據。以下的通訊傳送方式定義也與MODBUS RTU通訊規(guī)約相兼容：
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編 碼 |
8位二進制 |
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起始位 |
1位 |
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數據位 |
8位 |
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奇偶校驗位 |
1位（偶校驗位） |
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停止位 |
1位 |
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錯誤校檢 |
CRC（冗余循環(huán)碼） |
初始結構 = ≥4字節(jié)的時間
地址碼 = 1 字節(jié)
功能碼 = 1 字節(jié)
數據區(qū) = N 字節(jié)
錯誤校檢 = 16位CRC碼
結束結構 = ≥4字節(jié)的時間
地址碼：地址碼為通訊傳送的第一個字節(jié)。這個字節(jié)表明由用戶設定地址碼的從機將接收由主機發(fā)送來的信息。并且每個從機都有具有唯一的地址碼，并且響應回送均以各自的地址碼開始。主機發(fā)送的地址碼表明將發(fā)送到的從機地址，而從機發(fā)送的地址碼表明回送的從機地址。
功能碼：通訊傳送的第二個字節(jié)。ModBus通訊規(guī)約定義功能號為1到127。作為主機請求發(fā)送，通過功能碼告訴從機執(zhí)行什么動作。作為從機響應，從機發(fā)送的功能碼與從主機發(fā)送來的功能碼一樣，并表明從機已響應主機進行操作。如果從機發(fā)送的功能碼的最高位為１(比如功能碼大與此同時127)，則表明從機沒有響應操作或發(fā)送出錯。
數據區(qū)：數據區(qū)是根據不同的功能碼而不同。數據區(qū)可以是實際數值、設置點、主機發(fā)送給從機或從機發(fā)送給主機的地址。
CRC碼：二字節(jié)的錯誤檢測碼。
（二）、通訊規(guī)約：
當通訊命令發(fā)送至儀器時，符合相應地址碼的設備接通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒有出錯，則執(zhí)行相應的任務；然后把執(zhí)行結果返送給發(fā)送者。返送的信息中包括地址碼、執(zhí)行動作的功能碼、執(zhí)行動作后結果的數據以及錯誤校驗碼。如果出錯就不發(fā)送任何信息。
1． 信息幀結構
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地址碼 |
功能碼 |
數據區(qū) |
錯誤校驗碼 |
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8位 |
8位 |
N × 8位 |
16位 |
地址碼：地址碼是信息幀的第一字節(jié)(8位)，從0到255。這個字節(jié)表明由用戶設置地址的從機將接收由主機發(fā)送來的信息。每個從機都必須有唯一的地址碼，并且只有符合地址碼的從機才能響應回送。當從機回送信息時，相當的地址碼表明該信息來自于何處。
功能碼：主機發(fā)送的功能碼告訴從機執(zhí)行什么任務。表1-1列出的功能碼都有具體的含義及操作
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代碼 |
含義 |
操作 |
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03 |
讀取數據 |
讀取當前寄存器內一個或多個二進制值 |
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06 |
重置單一寄存器 |
把設置的二進制值寫入單一寄存器 |
數據區(qū)：數據區(qū)包含需要從機執(zhí)行什么動作或由從機采集的返送信息。這些信息可以是數值、參考地址等等。例如，功能碼告訴從機讀取寄存器的值，則數據區(qū)必需包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長度。對于不同的從機，地址和數據信息都不相同。
錯誤校驗碼：主機或從機可用校驗碼進行判別接收信息是否出錯。有時，由于電子噪聲或其它一些干擾，信息在傳輸過程中會發(fā)生細微的變化，錯誤校驗碼保證了主機或從機對在傳送過程中出錯的信息不起作用。這樣增加了系統(tǒng)的安全和效率。錯誤校驗采用CRC-16校驗方法。
注：信息幀的格式都基本相同：地址碼、功能碼、數據區(qū)和錯誤校驗碼。
2．錯誤校驗
冗余循環(huán)碼（CRC）包含2個字節(jié)，即16位二進制。CRC碼由發(fā)送設備計算，放置于發(fā)送信息的尾部。接收信息的設備再重新計算接收到信息的 CRC碼，比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果兩者不相符，則表明出錯。
CRC碼的計算方法是，先預置16位寄存器全為1。再逐步把每8位數據信息進行處理。在進行CRC碼計算時只用8位數據位，起始位及停止位，如有奇偶校驗位的話也包括奇偶校驗位，都不參與CRC碼計算。
在計算CRC碼時，8位數據與寄存器的數據相異或，得到的結果向低位移一字節(jié)，用0填補最高位。再檢查最低位，如果最低位為1，把寄存器的內容與預置數相異或，如果最低位為0，不進行異或運算。
這個過程一直重復8次。第8次移位后，下一個8位再與現在寄存器的內容相相異或，這個過程與以上一樣重復8次。當所有的數據信息處理完后，最后寄存器的內容即為CRC碼值。CRC碼中的數據發(fā)送、接收時低字節(jié)在前。
計算CRC碼的步驟為：
· 預置16位寄存器為十六進制FFFF（即全為1）。稱此寄存器為CRC寄存器；
· 把第一個8位數據與16位CRC寄存器的低位相異或，把結果放于CRC寄存器；
· 把寄存器的內容右移一位(朝低位)，用0填補最高位，檢查最低位；
· 如果最低位為0：重復第3步(再次移位); 如果最低位為1：CRC寄存器與多項式A001（1010 0000 0000 0001）進行異或；
· 重復步驟3和4，直到右移8次，這樣整個8位數據全部進行了處理；
· 重復步驟2到步驟5，進行下一個8位數據的處理；
· 最后得到的CRC寄存器即為CRC碼。
3．功能碼03，讀取點和返回值：
Modbus RTU通訊規(guī)約利用通訊命令，可以進行讀取點(“保持寄存器”) 或返回值(“輸入寄存器” )的操作。保持和輸入寄存器都是16位（2字節(jié)）值，并且高位在前。這樣用于儀表或設備的讀取點和返回值都是2字節(jié)。一次最多可讀取寄存器數是60。由于一些可編程控制器不用功能碼03，所以功能碼03被用作讀取點和返回值。從機響應的命令格式是從機地址、功能碼、數據區(qū)及CRC碼。數據區(qū)中的寄存器數據都是每兩個字節(jié)高字節(jié)在前。
4．功能碼06，單點保存
主機利用這條命令把單點數據保存到儀表的存儲器。從機也用這個功能碼向主機返送信息。
二、編程舉例
下面是一個用VC編寫的ModBus RTU通訊的例子
（一）、通訊口設置
DCB dcb;
hCom=CreateFile("COM1",
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,
0,
NULL,
OPEN_EXISTING,
0,
NULL);
if(hCom==INVALID_HANDLE_VALUE)
{
MessageBox("createfile error,error");
}
BOOL error=SetupComm(hCom,1024,1024);
if(!error)
MessageBox("setupcomm error");
error=GetCommState(hCom,&dcb);
if(!error)
MessageBox("getcommstate,error");
dcb.BaudRate=2400;
dcb.ByteSize=8;
dcb.Parity=EVENPARITY;//NOPARITY;
dcb.StopBits=ONESTOPBIT;
error=SetCommState(hCom,&dcb);
（二）、CRC校驗碼計算
UINT crc
void calccrc(BYTE crcbuf)
{
BYTE i;
crc=crc ^ crcbuf;
for(i=0;i<8;i++)
{
BYTE TT;
TT=crc&1;
crc=crc>>1;
crc=crc&0x7fff;
if (TT==1)
crc=crc^0xa001;
crc=crc&0xffff;
}
}
（三）、數據發(fā)送
zxaddr=11;//讀取地址為11的巡檢表數據
zxnum=10;//讀取十個通道的數據
writebuf2[0]=zxaddr;
writebuf2[1]=3;
writebuf2[2]=0;
writebuf2[3]=0;
writebuf2[4]=0;
writebuf2[5]=zxnum;
crc=0xffff;
calccrc(writebuf2[0]);
calccrc(writebuf2[1]);
calccrc(writebuf2[2]);
calccrc(writebuf2[3]);
calccrc(writebuf2[4]);
calccrc(writebuf2[5]);
writebuf2[6]=crc & 0xff;
writebuf2[7]=crc/0x100;
WriteFile(hCom,writebuf2,8,&comnum,NULL);
（四）、數據讀取
ReadFile(hCom,writebuf,5+zxnum*2,&comnum,NULL);//讀取zxnum個通道數據
可增加錯誤處理程序，如地址碼錯誤、CRC碼錯誤判斷、通訊故障處理等。
