ModBus通信協(xié)議
1 1. 主從模式

RS-485上的軟件層協(xié)議ModBus主要依賴于主從模式。主從模式是指在半雙工通訊方式上，2個或者2個以上的設(shè)備組成的通訊系統(tǒng)中： 
 
(1) 至少且只有一個主機(jī)，其他的都是從機(jī)
(2) 不管任何時候，從機(jī)都不能主動向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)
(3) 主機(jī)具有訪問從機(jī)的權(quán)限，從機(jī)不可以主動訪問從機(jī)，任何一次數(shù)據(jù)交換，都要由主機(jī)發(fā)起
(4)不管是主機(jī)還是從機(jī)，系統(tǒng)一旦上電，都要把自己置于接收狀態(tài)(或者稱為監(jiān)聽狀態(tài))
主從機(jī)的數(shù)據(jù)交互，需要：
a. 主機(jī)將自己轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)
b. 主機(jī)按照預(yù)先約定的格式發(fā)出尋址數(shù)據(jù)幀。
所謂的約定，可是主機(jī)開發(fā)者和從機(jī)開發(fā)者約定好的規(guī)約，好，例如主機(jī)要通過從機(jī)控制接在從機(jī)的電機(jī)，主機(jī)要啟動電機(jī)就往從機(jī)發(fā)0x1，停止電機(jī)就往從機(jī)發(fā)0x2。這就是一種預(yù)
先約定好的格式，但是這樣做，互換性、兼容性、通用性差，例如其他公司是約定發(fā)送0x03讓電機(jī)轉(zhuǎn)動，發(fā)0x04讓電機(jī)停止。導(dǎo)致不同廠家的主機(jī)、從機(jī)不能相互通訊。用戶需要的，就像網(wǎng)絡(luò)操作，只要接入有網(wǎng)的網(wǎng)線那么計算機(jī)都能上網(wǎng)。
所以說，我們需要一種大家都共同遵循的規(guī)則(可以是ModBus，也可以是TCP/IP等上層協(xié)議)，這種大家認(rèn)可，共同遵循的軟件層協(xié)議。軟件層協(xié)議主要是解決如何解析傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，即傳輸?shù)哪康幕蛘吒�加可靠的傳輸�?shù)據(jù)。
半雙工通訊中，都是主機(jī)尋找從機(jī)，主機(jī)的目的無非有: 主機(jī)要發(fā)數(shù)據(jù)給從機(jī)，或者主機(jī)要從從機(jī)中獲取數(shù)據(jù)。
c. 主機(jī)恢復(fù)自身的接收狀態(tài)
主機(jī)等待自身所尋址的從機(jī)作回應(yīng)，也就是說從機(jī)接收到主機(jī)的尋址命令、數(shù)據(jù)后一定要回應(yīng)主機(jī)，不然主機(jī)會認(rèn)為從機(jī)通訊異常。回應(yīng)數(shù)據(jù)包也是要按照ModBus協(xié)議規(guī)約(其實不局限ModBus，像TCP/IP也需要回應(yīng)是吧！~)
2. ModBus通訊協(xié)議

通俗點來講，ModBus規(guī)約了起停電機(jī)，主機(jī)要分別發(fā)送什么命令給從機(jī)。ModBus規(guī)定主從機(jī)之間數(shù)據(jù)的交互，需要遵循什么樣的格式，如何保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中不發(fā)生沖突。只要都遵循這個協(xié)議，那么不同廠家的主從機(jī)就可以共用了。
ModBus一般是工作在一主多從的場景，還是這個圖： 
 
主機(jī)和從機(jī)之間的連線不一定是非要485來作為載體，也可以是IIC，SPI。因為ModBus是軟件層的協(xié)議，它既可以規(guī)約485硬件接線方式，也可以規(guī)約其他硬件接線方式。很多資料會寫”基于RS-485的ModBus通訊協(xié)議”，意思是底層的0、1數(shù)據(jù)是通過RS-485方式去傳輸?shù)模?、1的意義則是通過ModBus去解析的。強(qiáng)調(diào)，硬件協(xié)議可以確保數(shù)據(jù)得以傳輸出去，軟件協(xié)議保障數(shù)據(jù)的有序傳輸，數(shù)據(jù)不會發(fā)生沖突。
ModBus規(guī)定：
(1) 主從模式
有的協(xié)議規(guī)定是多主模式，意思是系統(tǒng)中的設(shè)備都是主機(jī)，它們并沒有主從之分，任何時刻，誰想發(fā)送數(shù)據(jù)都可以往總線上發(fā)送，例如網(wǎng)絡(luò)通信、CAN總線通訊，自然它們自有一套防止數(shù)據(jù)沖突機(jī)制，485由于不具備沖突檢測的硬件機(jī)制，所以它必須遵循主從模式。主從模式的原則是，整個系統(tǒng)只能有一個主機(jī)，每一個從機(jī)都必須有一個唯一的地址
(2) 從機(jī)的地址是作為每個從機(jī)的唯一標(biāo)識。地址取值是0-247，0號地址表示廣播地址，廣播地址由主機(jī)保留，當(dāng)主機(jī)向0號地址發(fā)數(shù)據(jù)包的時候，每一個從機(jī)設(shè)備都會收到數(shù)據(jù)包。也就是說，當(dāng)主機(jī)發(fā)出的尋址幀的地址是0的時候，所有從機(jī)都要執(zhí)行主機(jī)要求的動作。按理說，從機(jī)收到主機(jī)的尋址幀之后，是要做出應(yīng)答包的，但是現(xiàn)在是0號地址，也就是要回的話每臺從機(jī)都要回，那么肯定會造成RS-485通訊線上的數(shù)據(jù)混亂，因此所有從機(jī)在主機(jī)發(fā)0號地址時候不予返回數(shù)據(jù)包應(yīng)答。
從機(jī)的地址有兩個作用
a. 主機(jī)向目標(biāo)從機(jī)發(fā)尋址幀時其地址部分為從機(jī)地址，這樣主機(jī)才可以檢索到目標(biāo)從機(jī)
b. 對于主機(jī)的目標(biāo)從機(jī)，當(dāng)收到主機(jī)發(fā)來的非0地址時，要做出數(shù)據(jù)包應(yīng)答，假設(shè)從機(jī)要返回數(shù)據(jù)包給主機(jī)，自然是要把數(shù)據(jù)包放到RS-485總線上，因為每臺從機(jī)，其物理連線是在一起的，所以這就會造成其他從機(jī)認(rèn)為數(shù)據(jù)是要發(fā)送給它的現(xiàn)象，所以在從機(jī)回復(fù)主機(jī)的數(shù)據(jù)包中，加上從機(jī)自身的地址，那么其他從機(jī)讀取到這個地址值跟自己的地址不相同，就不會去響應(yīng)了。
(3) ModBus數(shù)據(jù)包的格式
主機(jī)要尋找某臺從機(jī)，需要發(fā)出相應(yīng)格式的信息，這就需要談到ModBus的兩種傳輸方式:
a. RTU傳輸方式
RTU實際上也成為二進(jìn)制方式。假設(shè)主機(jī)要發(fā)送0x23，那就是發(fā)送0010 0011，按照485通訊協(xié)議，先發(fā)高位，即1100 0100。前后分別加上起始、停止位: “起始位 1100 0100 停止位”共10位數(shù)據(jù)
b. ASC傳輸方式
同樣要發(fā)送0x23，它是十六進(jìn)制數(shù)，會將其拆成十位的’2’和個位的’3’，將它們的asc碼依次發(fā)出去，’0’的asc碼是0x32，’3’的asc是0x33，轉(zhuǎn)為二進(jìn)制為0011 0010和0011 0011，同樣要加上停止、起始位，共20位數(shù)據(jù)
很明顯，asc傳輸方式比較低，但是由于它傳輸?shù)氖莂sc碼，所以可以利用一些串口終端將其數(shù)值打印出來。

特別提醒，RS-485硬件協(xié)議決定，對于每一個字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸是先發(fā)高位，再發(fā)地位，所以假設(shè)數(shù)組u8型數(shù)組revArr[2]存放著接收到的數(shù)據(jù)，那么接收端解析數(shù)據(jù)應(yīng)該是u16型data = revArr[0] * 256 + revArr[1]。