Modbus由MODICON公司于1979年开发，是一种工业现场总线协议标准。1996年施耐德公司推出基于以太网TCP/IP的Modbus协议，ModbusTCP。
Modbus通信的设备分为主站(mater)和从站(slave)，主站为主动方，从站为被动方。
通信过程
通信的过程为：
- 主站设备主动向从站设备发送请求
- 从站设备处理主站的请求后，向主站返回结果。
- 如果从站设备处理请求出现异常，则向主站设备返回异常功能码。
数据传输方式
modbus的数据传输被定义为对以下4个存储块的读写：
- 线圈(coils) 操作单位为1位字的开关量，PLC的输出位，在Modbus中可读可写
- 离散量(discreteinputs) 操作单位为1位字的开关量，PLC的输入位，在Modbus中只读
- 输入寄存器(inputregisters) 操作单位为16位字(两个字节)数据，PLC中只能从模拟量输入端改变的寄存器，在Modbus中只读
- 保持寄存器(holdingregisters) 操作单位为16位字(两个字节)数据，PLC中用于输出模拟量信号的寄存器，在Modbus中可读可写
MODBUS-TCP报文结构
modbus-tcp报文结构：
如上图所示：modbus-tcp的报文由MBAP+PDU组成。
MBAP报文头
其中MBAP报文头的组成为：
| 域 | 长度 | 描述 |
|---|---|---|
| 事务元标识符 | 2 个字节 | MODBUS 请求/响应事务处理的识别码，主要用于在主站设备在接收到响应时能知道是哪个请求的响应 |
| 协议标识符 | 2 个字节 | 对于MODBUS 协议来说，这里恒为0 |
| 长度 | 2 个字节 | 以下字节的数量，也就是完整报文的字节数减去6 |
| 单元标识符 | 1 个字节 | 串行链路或其它总线上连接的远程从站的识别码，也就是要访问的从站的标识号，因为只有一个字节，所以一个主站最多只能访问256个从站设备 |
由上表可知，报文头为 7 个字节长。
PDU报文体
PDU的组成为功能码(一个字节)和数据(n个字节)
其中功能码为一个字节，modbus定义的功能码有：
- 01 读线圈(coils)状态，读取单个或多个
- 02 读离散输入(discreteinputs)状态，读取单个或多个
- 03 读保持寄存器(holdingregisters)，读取单个或多个
- 04 读输入寄存器(inputregisters)，读取单个或多个
- 05 写单个线圈(coils)状态，单个写入
- 06 写单个保持寄存器(holdingregisters)，单个写入
- 15 写多个线圈(coils)，多个写入
- 16 写多个保持寄存器(holdingregisters)，多个写入
另外，当响应报文的功能码最高位为1时（即：(function & 0x80) != 0），表示为异常响应，这时数据为一个字节的异常码，具体的异常码定义有：
- 01 功能码不能被从机识别
- 02 从机的单元标识符不正确
- 03 值不被从机接受
- 04 当从机试图执行请求的操作时，发生了不可恢复的错误。
- 05 从机已接受请求并正在处理，但需要很长时间。返回此响应是为了防止在主机中发生超时错误。主站可以在下一个轮询程序中发出一个完整的消息，以确定处理是否完成。
- 06 从站正在处理长时间命令。Master应该稍后重试。
- 07 从站不能执行程序功能。主站应该向从站请求诊断或错误信息。
- 08 从站在内存中检测到奇偶校验错误。主设备可以重试请求，但从设备上可能需要服务。
- 10 专门用于Modbus网关。表示配置错误的网关。
- 11 专用于Modbus网关的响应。当从站无法响应时发送。
PDU报文详情
1、读线圈
请求报文：
| 功能码：01，一个字节 | 偏移量offset(读取数据的开始位置)，两个字节 | 读取数量，两个字节 |
|---|
正常响应报文：
| 功能码：01，一个字节 | 数据长度(字节数)，一个字节 | 线圈状态数据，n个字节（由于网络传输的数据都是以整字节为单位的，所以收到的数据可能比请求中要读的位数要多，这时按位将数据转换为开关量，只需解析请求中读取数量字段设定的位数就可以了） |
|---|
异常响应报文：
| 功能码：129(0x81)，一个字节 | 异常码，一个字节 |
|---|
2、读离散输入
请求报文：
| 功能码：02，一个字节 | 偏移量offset(读取数据的开始位置)，两个字节 | 读取数量，两个字节 |
|---|
正常响应报文：
| 功能码：02，一个字节 | 数据长度(字节数)，一个字节 | 离散输入状态数据，n个字节（由于网络传输的数据都是以整字节为单位的，所以收到的数据可能比请求中要读的位数要多，这时按位将数据转换为开关量，只需解析请求中读取数量字段设定的位数就可以了） |
|---|
异常响应报文：
| 功能码：130(0x82)，一个字节 | 异常码，一个字节 |
|---|
3、读保持寄存器
请求报文：
| 功能码：03，一个字节 | 偏移量offset(读取数据的开始位置)，两个字节 | 读取数量，两个字节 |
|---|
正常响应报文：
| 功能码：03，一个字节 | 数据长度(字节数，这里应该是请求报文中的读取数量的2倍)，一个字节 | 保持寄存器数据，n个字节（数据的字节数应该是请求报文中的读取数量的2倍） |
|---|
异常响应报文：
| 功能码：131(0x83)，一个字节 | 异常码，一个字节 |
|---|
4、读输入寄存器
请求报文：
| 功能码：04，一个字节 | 偏移量offset(读取数据的开始位置)，两个字节 | 读取数量，两个字节 |
|---|
正常响应报文：
| 功能码：04，一个字节 | 数据长度(字节数，这里应该是请求报文中的读取数量的2倍)，一个字节 | 输入寄存器数据，n个字节（数据的字节数应该是请求报文中的读取数量的2倍） |
|---|
异常响应报文：
| 功能码：132(0x84)，一个字节 | 异常码，一个字节 |
|---|
5、写单个线圈
请求报文：
| 功能码：05，一个字节 | 偏移量offset(写入数据的开始位置)，两个字节 | 要写入的线圈状态值（只关注0和非0），两个字节 |
|---|
正常响应报文：
| 功能码：05，一个字节 | 偏移量offset(写入数据的开始位置)，两个字节 | 要写入的线圈状态值（只关注0和非0），两个字节 |
|---|
异常响应报文：
| 功能码：133(0x85)，一个字节 | 异常码，一个字节 |
|---|
6、写单个保持寄存器
请求报文：
| 功能码：06，一个字节 | 偏移量offset(写入数据的开始位置)，两个字节 | 要写入的保持寄存器数据，两个字节 |
|---|
正常响应报文：
| 功能码：06，一个字节 | 偏移量offset(写入数据的开始位置)，两个字节 | 要写入的保持寄存器数据，两个字节 |
|---|
异常响应报文：
| 功能码：134(0x86)，一个字节 | 异常码，一个字节 |
|---|
7、写多个线圈
请求报文：
| 功能码：15，一个字节 | 偏移量offset(写入数据的开始位置)，两个字节 | 要写入的数量，两个字节 | 数据长度(字节数)，一个字节 | 线圈状态数据，n个字节 |
|---|
正常响应报文：
| 功能码：15，一个字节 | 偏移量offset(写入数据的开始位置)，两个字节 | 要写入的数量，两个字节 |
|---|
异常响应报文：
| 功能码：143(0x8f)，一个字节 | 异常码，一个字节 |
|---|
8、写多个保持寄存器
请求报文：
| 功能码：16，一个字节 | 偏移量offset(写入数据的开始位置)，两个字节 | 要写入的数量，两个字节 | 数据长度(字节数)，一个字节 | 保持寄存器数据，n个字节 |
|---|
正常响应报文：
| 功能码：16，一个字节 | 偏移量offset(写入数据的开始位置)，两个字节 | 要写入的数量，两个字节 |
|---|
异常响应报文：
| 功能码：144(0x90)，一个字节 | 异常码，一个字节 |
|---|
