字节序与Modbus通信-RZMPU工业控制教程连载（29）

Modbus中传输的数据，按照“大字节序”来传输，比如：

寄存器数值是0x1234，先传输0x12，再传输0x34。

在Modbus寄存器中，对于一个由2字节组成的16数，在内存中存储这两个字节有两种方法：一种是将低序字节存储在起始地址为小端（Little-Endian）字节序；另一种方法是将高序字节存储在起始地称为大端（Big-Endian）字节序。Modbus通信协议中具体规定了字节高低位发送顺序，这样就自然引出了字节序和大小端的问题。

①什么是大端：

所谓大端，是指数据的低位保存在内存的高地址中，数据的高位保存在内存的低地址中。

②什么是小端：

所谓小端，是指数据的低位保存在内存的低地址中，数据的高位保存在内存的高地址中。

③为什么会有大小端：

计算机系统是以字节为单位的，每个地址单元都对应着1个字节，一个字节为8bit。但在C语言中除了8bit的char类型，还有16bit的short类型和32bit的long类型，还有就是对于位数大于8位的处理器，如16位或32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在一个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式的出现。

低位字节和高位字节：比如123456其中的1就是高位数字，6就是低位数字。

举一个例子，在32位数字0x12345678在内存中的表示形式为：

1)大端模式：

2)小端模式：

在第二章中我们已经生成了一个报文，我们就拿此报文来逐步分析一下，报文如下：

我们可以看到上面报文都是循环发送的，这样看起来不太容易分析，摘抄下来其中一组来给大家分析：

这里我们就以03功能码为例来分析一下报文：

首先我们看一下发送报文：

从机地址是01，功能码03，起始地址00，寄存器数量是十六进制0A也就是10，和门设置的是一样的，我们来对对照一下我们设置的参数：

我们再来看一下接收报文：

从机地址是01，功能码03，返回字节数是十六进制14也就是返回20给字节，我们发送是个返回20个字节也是对的上的，第一个数据位是00 42也是和我们发送的可以对上，十六机制42，也就66，我们来看一下我们之前设置的参数：

在Modbus TCP/IP中，串行链路中的主/从设备分别演变为客户端/服务器端设备，即客户端相当于主站设备，服务器端设备相当于从设备。基于TCP/IP网络的传输特性，串行链路上一主多从的机构也演变为多客户端/多服务器端的构造模型。Modbus协议在TCP/IP上的实现是在TCP/IP层上的应用，它需要一个完整的TCP/IP栈作为支撑，Modbus TCP/IP服务器端通常使用端口502作为接收报文的端口。

下图为Moubus TCP的通讯结构：

ModbusTCP与ModbusUDP的报文格式是一样的，它们之间的区别其实就是TCP与UDP的区别，因此下面就针对ModbusTCP的协议进行分析，ModbusTCP与ModbusRtu（ModbusASCII）之间的区别如下图：

从上图可以看出，ModbusTCP在Modbus串行通信的基础上，去除了校验（由于TCP本身就带有校验和）和设备地址（ModbusTCP弱化了设备地址，用IP地址来取代），再加上MBAP报文头（占7bytes），下面针对MBAP进行分析说明：

事务处理标识用于在查询报文与未来响应之间建立联系。因此，对TCP/IP连接来说，在同一时刻这个标识符必须是唯一的。有以下几种使用此标识符的方式。

例如，可以将传输标识作为一个带有计数器的简单“TCP发送顺序号”，在每个请求发送时自动+1；也可以用作智能索引或指针，用来识别事务处理的内容，以便记忆当前的远端服务器和未处理的请求。

服务器端可接收的请求数量取决于其容量，即服务器资源量和TCP窗口尺。

同样，客户端同时启动事务处理的数量也取决于客户端的资源容量。

在对Modbus或Modbus+等串行链路子网中的设备进行寻址时，这个域用于路由的目的。在这种情况下，单元标识符（Unit Identifier）携带一个远端设备的Modbus从站地址。

如果Modbus服务器连接到Modbus+或Modbus串行链路子网，并通过一个网桥或网关配置这个服务器的IP地址，则Modbus单元标识符对识别连接到网桥或网关后的子网的从站设备是必需的。TCP连接中的目的IP地址识别了网桥本身的地址，而网桥则使用Modbus单元标识符将请求转交给正确的从站设备。分配给串行链路上的Modbus从站设备地址为1~247（十进制），地址0作为广播地址。

对单纯的Modbus TCP/IP设备来说用IP地址即可寻址Modbus服务器端设备，此时Modbus单元标识符是无用的，必须使用值0xFF填充。当对直接连接到TCP/IP网络上的Modbus服务器寻址时，建议不要在“单元标识符”域使用有效的Modbus从站地址。

以上是MBAP报文头个字段含义的详细说明。

实际上，在Modbus TCP/IP传输过程中，服务端（从机）返回的响应报文中同样包含MBAP报头，除了Length字段外，其他字段均与客户端一致。Modbus消息TCP/IP层提供，不需要像串行链路那样自己判断一帧是否结束，所有数据传输均由TCP/IP层处理。因为底层TCP/IP确保了端到端的连接，而且TCP/IP链路层已确保传输数据的准确性，所以Modbus TCP/IP中已不再需要LRC或CRC等校验功能。

对于Modbus TCP消息帧格式，下面举例说明各部分的含义。

①查询报文：00 00 00 00 00 06 09 03 00 04 00 01。

1）0x06：后续还有6字节。

2）0x09：单元标识符为9。

3）0x03：功能码3，即读保持寄存器的值。

4）0x00 0x04：Modbus起始地址4（即40005）。

5）0x00 0x01：读取寄存器个数为1。

②响应报文：00 00 00 00 00 05 09 03 02 00 05。

1）0x05：表示后续还有5字节。

2）0x09：同查询报文，单元标识符。

3）0x03：功能码，同查询报文。

4）0x02：返回数据字节数。

5）0x00 0x05：寄存器的值。

可见，在Modbus TCP模式下，差错校验字段已不复存在。但在某些特殊场合，例如串行Modbus协议转Modbus TCP的情况下，串行协议数据可以完整地装载到Modbus TCP的数据字段，这时CRC或LRC差错校验字段仍然存在。例如，Modbus RTU Over TCP/IP或Modbus ASCII Over TCP/IP等。