Modbus tcp 格式说明通讯机制附C#测试工具用于学习，测试

Posted 2020-10-17

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Modbus tcp 格式说明通讯机制附C#测试工具用于学习，测试相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言：

之前的博客介绍了如何用C#来读写modbus tcp服务器的数据，文章：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7885368.html

当然也有如何创建一个服务器文章：http://www.cnblogs.com/dathlin/p/7782315.html

但是上面的两篇文章是已经封装好的API，只要调用就可以实现功能了，对于想了解modbus tcp的原理的人可能就不适合了，最近有不少网友的想要了解这个协议，所以在这里再写一篇介绍Modbus tcp的文章，不过这篇文章是简易版本的，未来我再研究深入的话，再开一篇高级版，在简易版中，就略去了成功标志位及其他数据标志，这些到等到后面再说。

先分享一下，我自己学习的地址来源：http://blog.csdn.net/thebestleo/article/details/52269999 声明：本文并非转载，并非照搬原文章，是在我参照原博客的基础上，理解了基本的modbus通讯，并结合自己的理解，重新写一篇更好入门的文章，此处贴出原作者的帖子以示尊重知识产权，原文章有些地方有一点错误，而且早就停止更新了，也没有提供方便的测试工具，官方的modbus 测试工具是试验版本的，需要购买序列号才可以，所以此处提供我自己的测试工具，地址如下，下面的介绍的例子都是基于这个工具来实现的。

https://github.com/dathlin/ModBusTcpTools/raw/master/download/download.zip

关于该测试工具也是开放源代码的，如果想要查看源代码：https://github.com/dathlin/ModBusTcpTools

技术支持QQ群：592132877

准备条件：

在上面的测试工具下载之前，需要一些额外的知识补充，此处不管你是学习什么语言的，对于socket通信层来说，其实是一样的，下面的讲解的内容是直接基于底层的，无关语法的操作。

但是需要你对字节概念非常清晰，一般都是byte数组，一个byte有8个位，这个也要非常的清晰，如果连byte是什么都搞不清楚，那么对本文下面的内容理解会非常的吃力，那么还是建议你再看看计算机原理这些书，对于socket通信，每种语言都有不同的写法，但是所有的语言都有两个共同点，都能实现把数据发送到socket和从socket接收数据，至于这个如果去做，就参照你自己需要使用的语言了，此处不做这方面的说明了。

关于十六进制文本，在本文的下面的内容上，所有的byte字节数组都表示成十六进制形式，比如 FF 10 代表2个字节，一个是255，另一个是16。

byte[] temp = new byte[2];
temp[0] = 0xFF;
temp[1] = 0x10;

如果将上述的temp看作是读取到的线圈的数据，那么转换规则如下：

先将上述数据转化成二进制： 1111 1111 （第一个byte，我们从高位写到地位） 0001 0000 （第二个byte，我们从高位写到地位）

对应的线圈就是，线圈7-线圈0，，，，第二个byte对应的线圈是，线圈15-线圈8 这里一定要好好理解，从byte上来说，temp[0]是地位，temp[1]是高位，深入到每个byte里面的二进制，高位在前，低位在后。

在C#里等同于下面的代码，和C语言，java也是非常的相近，还算比较好理解。

如果我说，发送 00 00 00 00 00 06 FF 01 00 00 00 01 到socket上去，那么也就是：

byte[] temp = new temp[12];
temp[0] = 0x00;
temp[1] = 0x00;
temp[2] = 0x00;
temp[3] = 0x00;
temp[4] = 0x00;
temp[5] = 0x06;
temp[6] = 0xFF;
temp[7] = 0x01;
temp[8] = 0x00;
temp[9] = 0x00;
temp[10] = 0x00;
temp[11] = 0x01;

socket.Send(temp);

先不要管上面的数据是什么含义，知道上面的代码是啥含义就行了。接下来就是下载上面的测试工具，开始真正的学习modbus tcp协议了！

测试工具初始化

先运行Server.exe文件，端口里输入502，然后点击启动服务即可，如下：

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然后运行Client.exe程序，在Ip地址里输入127.0.0.1，端口里输入502，点击配置即可，我们看到，如果你的服务器程序运行在了别的电脑上，甚至是云端，只要客户端的ip修改成服务器的ip，端口号对应上，就可以访问到服务器的数据了。

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特殊测试不用去管，和我们现在学习的东西不一致。

功能码详细解释

对于modbus来说，涉及的功能码也就是0x01，0x02，0x03，0x05，0x06，0x0F，0x10了，其实分类来说，就只有两种，线圈和寄存器，也就是位读写和字读写，首先需要清楚的是功能码不一样，对应数据的解析规则也不一样，下面就针对不同的情况来说。

首先说明的是，modbus协议呢，最终目的还是为了实现数据交互，既然是数据交互，那就是包含了数据读和写，我们把我们的想法转化成一串数据，发送给设备（或者叫服务器），它返回一串数据，根据规则解析出来，这样就得到了我们真正想要的数据。下面就来第一个想法实现吧。

另外，在modbus服务器端，数据是使用地址的方式来公开的，这很好理解，服务器端保存了很多数据，你想要访问某个数据肯定需要指定唯一的身份标识，从连续的地址来区分数据是最常用的做法，不仅好理解，还便于扩展，比如你还可以读取连续地址的数据块。如果采用字符串名字来标识数据，就没有这个特点。

对于位操作来说（各种线圈和离散量），一个地址代表了一个bool变量，即 0 和 1，要么通要么断，就好比一些普通的开关。

对于寄存器来说，一个地址代表了2个byte，共有65536种方式，可以满足大多数日常使用了，比如我们读取地址0的寄存器，返回 00 00 及代表寄存器0数据为0，如果返回 01 00 ，那么代表寄存器0数据为 256

功能码0x01:

我不直接上一串数据，这样看着也累，我们从例子出发，现在我们需要读取线圈（离散量）操作，我想读取地址0的线圈是否是通还是断的。我们有了这个功能需求后，就可以根据需求来写出特殊的指令了。根据协议指定，需要填写长度为12的byte数组

byte[0] byte[1] byte[2] byte[3] byte[4] byte[5] byte[6] byte[7] byte[8] byte[9] byte[10] byte[11]

byte[0] byte[1] : 消息号---------随便指定，服务器返回的数据的前两个字和这个一样

byte[2] byte[3] ：modbus标识，强制为0即可

byte[4] byte[5] ：指示排在byte[5]后面所有字节的个数，也就是总长度-6

byte[6]：站号，随便指定，00 -- FF 都可以

byte[7] ：功能码，这里就需要填入我们的真正的想法了

byte[8] byte[9] ：起始地址，比如我们想读取地址0的数据，就填 00 00 ，如果我们想读取地址1000的数据，怎么办，填入 03 E8 ，也就是将1000转化十六进制填进去。

byte[10] byte[11] ：指定想读取的数据长度，比如我们就想读取地址0的一个数据，这里就写 00 01，如果我们想读取地址0-999共计一个数据的长度，就写 03 E8。和起始地址是一样的。

有了上面的格式之后，接下来我们就按照格式来填写数据吧，我们需要读取地址0的数据，那么指定如下

00 00 00 00 00 06 FF 01 00 00 00 01

消息号设为0，站号FF，功能码01，地址01，长度01：将上面的指令在客户端程序里进行输入，点击发送，这样就在下面的响应框里接收到服务器反馈的数据，我们最终需要的信息就在反馈的数据里了。

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前面是接收到数据的时间，自动忽略，那么返回的数据就是 00 00 00 00 00 04 FF 01 01 00 共计10个字节的数据，ok，这玩意到底是什么意思呢，我们来分别解析下：

byte[0] byte[1] : 消息号，我们之前写发送指令的时候，是多少，这里就是多少。

byte[2] byte[3]：必须都为0，代表这是modbus 通信

byte[4] byte[5]：指示byte[5]后面的所有字节数，你数数看是不是4个？所以这里是00 04，如果后面共有100个，那么这里就是 00 64

byte[6]：站号，之前我们写了FF，那么这里也就是FF

byte[7]：功能码，我们之前写了01的功能码，这里也是01，和我们发送的指令是一致的

byte[8]：指示byte[8]后面跟随的字节数量，因为跟在byte[8]后面的就是真实的数据，我们最终想要的结果就在byte[8]后面

byte[9]：真实的数据，哈哈，这肯定就是我们真正想要的东西了，我们知道一个byte有8位，但是我们只读取了一个位数据，所有这里的有效值只是byte[9]的最低位，二进制为 0000 0000 我们看到最低位为0，所以最终我们读取的地址0的线圈为断。

假设我们读取地址10，开始的共10个线圈呢，那么会返回什么？所以我们发送 00 00 00 00 00 06 FF 01 00 0A 00 0A

我们接收到了：00 00 00 00 00 05 FF 01 02 00 00 前面的8个字节的信息参照上面的分析，是一致的，我们就针对后面三个字节着重分析。我们读取了10个位，那么一个字节可以表示8个位，那么我们的结果至少需要2个byte才能表示完，所以最终的数据肯定是2个字节，那么02就是后面的字节数量，也就是真实的数据长度。

最后2个字节就是我们最终的想要的数据了！接下来就是怎么去解析了，我们还是需要先写成二进制先，才能一个一个分析：00 00 二进制如下

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

线圈17 线圈16 线圈15 线圈14 线圈13 线圈12 线圈11 线圈10 无效无效无效无效无效无效线圈19 线圈18

至此我们获取到了我们最终的数据！因为此处服务器都是0，所以所有的线圈都是断，等会可以结合05功能码写线圈进行联合测试。