自己实现的modbusTCP主从站和RTU主从站。纯C语言实现，未调用第三方库，工程下载链接：
modbusTcp主从站和RTU主从站
Modbus协议介绍：Modbus是 OSI 模型第 7 层上的应用层报文传输协议，它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。包括了ASCII、RTU、TCP三种报文类型，协议本身并没有定义物理层，定义了控制器能够认识和使用的消息结构，不管它们是经过何种网络进行通信的。Modbus协议使用串口传输时可以选择RTU或者ASCII模式，并规定了消息、数据结构、命令和应答方式，且需要对数据进行校验。ASCII模式采用LRC校验，RTU模式采用16位CRC校验。通过以太网传输时使用TCP，这种模式下不使用校验，因为TCP协议是一个面向连接的可靠协议。
图1-1 ISO/OSI模型
**常用通信协议：**ModbusTcp/ModbusRtu/ModbusAscii
Modbus发展迅速的原因：
通过Modbus协议，控制器相互之间、或控制器经由网络（如以太网）可以和其它设备之间进行通信。Modbus协议使用的是主从通讯技术，即由主设备主动查询和操作从设备。一般将主控设备方所使用的协议称为Modbus Master，从设备方使用的协议称为Modbus Slave。典型的主设备包括工控机和工业控制器等；典型的从设备如PLC可编程控制器等。
Modbus的工作方式是请求/应答，每次通讯都是主站先发送指令，可以是广播，或是向特定从站的单播；从站响应指令，并按要求应答，或者报告异常。当主站不发送请求时，从站不会自己发出数据，从站和从站之间不能直接通讯 。
Modbus通讯物理接口可以选择串口，也可以选择以太网。它的通信遵循以下过程：
Modbus有下列三种通信方式：
以太网：对应的通信模式是Modbus TCP/IP
异步串行传输（各种介质如有线RS-232-/422/485/；光纤、无线等）：对应的通信模式是Modbus RTU或Modbus ASCII
高速令牌传递网络：对应的通信模式是Modbus PLUS
Modbus RTU和Modbus ASCII协议应用于串口链接（RS232、RS485、RS422），Modbus tcp/ip协议应用于以太网链接
数据类型：布尔量、寄存器
读写性：只读、读写
四种存储区：
| 缩写 | 含义解释 |
|---|---|
| ADU | 应用数据单元 |
| HDLC | 高级数据链路控制 |
| HMI | 人机界面 |
| IETF | 因特网工程工作组 |
| I/O | 输入/输出设备 |
| IP | 互连网协议 |
| MAC | 介质访问控制 |
| MB | MODBUS 协议 |
| MBAP | MODBUS 协议 |
| PDU | 协议数据单元 |
| PLC | 可编程逻辑控制器 |
| TCP | 传输控制协议 |
图2-1 RTU报文帧
在 RTU 模式包含一个对全部报文内容执行的，基于循环冗余校验 (CRC - Cyclical Redundancy Checking) 算法的错误检验域。CRC 域检验整个报文的内容。不管报文有无奇偶校验，均执行此检验。
1）CRC有16位，由两个8字节组成
2）CRC附加在报文最后面，先附加低字节，再附加高字节。
3）附加在报文后面的 CRC 的值由发送设备计算。接收设备在接收报文时重新计算 CRC 的值，并将计算结果于实际接收到的CRC 值相比较。如果两个值不相等，则为错误。
计算过程：
CRC 的计算, 开始对一个 16 位寄存器预装全 1。 然后将报文中的连续的 8 位子节对其进行后续的计算。只有字符中的 8 个数据位参与生成 CRC 的运算，起始位，停止位和校验位不参与 CRC计算。CRC 的生成过程中， 每个 8–位字符与寄存器中的值异或。然后结果向最低有效位(LSB)方向移动(Shift) 1 位，而最高有效位(MSB)位置充零。 然后提取并检查 LSB：如果 LSB 为 1， 则寄存器中的值与一个固定的预置值异或；如果 LSB 为 0， 则不进行异或操作。这个过程将重复直到执行完 8 次移位。完成最后一次（第 8 次）移位及相关操作后，下一个 8位字节与寄存器的当前值异或，然后又同上面描述过的一样重复 8 次。当所有报文中子节都运算之后得到的寄存器忠的最终值，就是 CRC。
格式：
从站地址(1 byte)+功能码(1 byte)+数据区(N bytes)+校验码(2 bytes)
解释：
从站地址：一个字节，作用是索引
功能码：一个字节，表明读写功能
数据：通信所传输的数据，可以是多字节
校验：判断接收的数据在传输过程中是否有损失，两个字节
| 从站地址 | 功能码 | 起始（高） | 起始（低） | 数量（高） | 数量（低） | 校验码 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x01 | 0x00 | 0x13 | 0x00 | 0x1B | XXXX |
报文含义解释：读1号从站的输出线圈，起始地址是0x13=19，对应的地址为00020，线圈数量为0x1B=27。即读取1号从站输出线圈，地址是00020-00046，一共27个线圈的状态值。
***注意：***起始地址是0x13是用来索引的，对应的地址为00020才是具体的地址，它是与存储区相关的。
| 从站地址 | 功能码 | 字节计数 | 字节一 | 字节二 | 字节三 | 字节四 | 校验码 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x01 | 0x04 | 0xCD | 0x6B | 0xB2 | 0x05 | XXXX |
返回报文含义：返回1号从站输出线圈00020-00046，一共27个线圈的状态值，返回的字节数为4个，分别为CD、6B、B2、05
| 从站地址 | 功能码 | 起始（高） | 起始（低） | 数量（高） | 数量（低） | 校验码 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x02 | 0x00 | 0xC4 | 0x00 | 0x1D | XXXX |
发送报文含义：读取1号从站输入线圈，起始地址为0xC4=196，对应地址为10197，线圈数量为0x1D=29，即读取1号从站输入线圈，地址从10197-10255，一共29个线圈的状态值
| 从站地址 | 功能码 | 字节计数 | 字节1 | 字节2 | 字节3 | 字节4 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x02 | 0x04 | 0xCD | 0x6B | 0xB2 | 0x05 | XXXX |
返回报文含义：返回1号从站输入线圈10197-10255，共29个线圈的状态值 ，返回字节数为4个，分别为CD、6B、B2、05。
| 从站地址 | 功能码 | 起始（高） | 起始（低） | 数量（高） | 数量（低） | 校验码 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x03 | 0x00 | 0x6B | 0x00 | 0x02 | XXXX |
发送报文含义：读取1号从站输出寄存器，起始地址为0x6B=107，对应地址为40108，寄存器数量为0x02=2，即读取1号从站输出寄存器，地址从40108-40109，共2个寄存器的数值
| 从站地址 | 功能码 | 字节计数 | 1高 | 1低 | 2高 | 2低 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x03 | 0x04 | 0x02 | 0x2B | 0x01 | 0x06 | XXXX |
返回报文含义：返回1号从站输出寄存器40108-40109，共2个寄存器的数值，返回字节数为4个，分别为02、2B、01、06，40108对应数值为0x022B，40109对应数值为0x0106
| 从站地址 | 功能码 | 起始（高） | 起始（低） | 数量（高） | 数量（低） | 校验码 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x04 | 0x00 | 0x6B | 0x00 | 0x02 | XXXX |
发送报文含义：读取1号从站输入寄存器，起始地址为0x6B=107，对应地址为30108，寄存器数量为0x02=2，即读取1号从站输入寄存器，地址从30108-30109，共两个寄存器
| 从站地址 | 功能码 | 字节计数 | 1高 | 1低 | 2高 | 2低 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x04 | 0x04 | 0x02 | 0x2B | 0x01 | 0x06 | XXXX |
返回报文含义：返回1号从站输入寄存器30108-30109，共2个寄存器的数值，返回字节数为4个，分别为02、2B、01、06，30108对应数值为0x022B，30109对应的数值为0x0106
| 从站地址 | 功能码 | 线圈（高） | 线圈（低） | 断通标志 | 断通标志 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x05 | 0x00 | 0xAC | 0xFF | 0x00 | XXXX |
发送报文含义：预置1号从站单个线圈的值，线圈地址为0x00AC=172，对应地址为00173，断通标志0xFF表示置位，0x0000表示复位，即置位1号从站输出线圈00173
| 从站地址 | 功能码 | 线圈（高） | 线圈（低） | 断通标志 | 断通标志 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x05 | 0x00 | 0xAC | 0xFF | 0x00 | XXXX |
返回报文含义：预置单输出线圈原报文返回
| 从站地址 | 功能码 | 寄存器高 | 寄存器低 | 写入值高 | 写入值低 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x06 | 0x00 | 0x87 | 0x03 | 0x9E | XXXX |
发送报文含义：预置1号从站单个输出寄存器的值，寄存器地址为0x0087=135，对应地址为40136，写入值为0x039E，即预置1号从站输出寄存器40136值为0x039E。
| 从站地址 | 功能码 | 寄存器高 | 寄存器低 | 写入值高 | 写入值低 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x06 | 0x00 | 0x87 | 0x03 | 0x9E | XXXX |
返回报文含义：预置单输出寄存器原报文返回。
| 从站地址 | 功能码 | 起始高 | 起始低 | 数量高 | 数量低 | 字节数 | 字节1 | 字节2 | 字节N | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x0F | 0x00 | 0x13 | 0x00 | 0x0A | 0x02 | 0xCD | 0x00 | XXXX | XXXX |
发送报文含义：预置1号从站多个线圈的值，线圈地址为0x0013=19，对应地址为00020，线圈数为0x0A=10，写入值为0xCD00，即预置1号从站线圈00020-00027=0xCD=11001101，00028-00029=0x00=0000 0000。
| 从站地址 | 功能码 | 起始高 | 起始低 | 数量高 | 数量低 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x0F | 0x00 | 0x13 | 0x00 | 0x0A | XXXX |
返回报文含义：预置多输出线圈返回报文是在原报文基础上除去字节数及具体字节后返回。
| 从站地址 | 功能码 | 起始高 | 起始低 | 数量高 | 数量低 | 字节数 | 字节 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x10 | 0x00 | 0x87 | 0x00 | 0x02 | 0x04 | 0x01050A10 | XXXX |
发送报文含义：预置1号从站多个寄存器的值，寄存器地址为0x0087=135，起始地址为40136，寄存器数量为0x02=2，结束地址为40137，写入值为0x0105和0x0A10，即预置1号从站寄存器40136=0x0105，40137=0x0A10。
| 从站地址 | 功能码 | 起始高 | 起始低 | 数量高 | 数量低 | 校验 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x01 | 0x10 | 0x00 | 0x87 | 0x00 | 0x02 | XXXX |
返回报文含义：预置多输出寄存器返回报文是在原报文基础上除去字节数及具体字节后返回。
1）ModbusRTU与ModbusASCII在报文数据发送格式上几乎一样，但也存在一些区别，具体体现在：
2）当控制器设为在Modbus网络上以ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。报文中字符间的时间间隔可以达一秒，但如果有更大的间隔，则接受设备认为发生了错误。
代码系统：
在Modbus TCP/IP协议中,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,服务器端相当于从站设备。基于TCP/IP网络的传输特性,串行链路上一主多从的构造也演变为多客户端/多服务器端的构造模型。Modbus TCP/IP服务器端通常使用端口502作为接收报文的端口, IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网编号分配管理机构）给Modbus协议赋予TCP端口号为502，这是目前在仪表与自动化行业中唯一分配到的端口号。
其通信过程：
A、connect 建立TCP连接
B、准备Modbus报文
C、使用send命令发送报文
D、在同一连接下等待应答
E、使用recv命令读取报文，完成一次数据交换
F、通信任务结束时，关闭TCP连接
格式：
MBAP(7 byte) + 功能码(1 byte) + 数据（N byte）
MBAP为报文头，长度为7字节。
报文头能提供一些与串行链路上使用的 MODBUS RTU 应用数据单元比较的差别：
组成如下：
其只是报文头与RTU模式有区别，同时没有校验码，中间数据域是完全一致的
例如读输出寄存器：
| 事务/协议 | 长度 | 单元标识 | 功能码 | 起始高 | 起始低 | 数量高 | 数量低 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x00000000 | 0x0006 | 0x01 | 0x03 | 0x00 | 0x6B | 0x00 | 0x02 |
发送报文含义：读取服务器1号从站输出寄存器，起始地址为0x6B=107(相对地址),对应地址为40108，寄存器数量为0x02=2,即读取1号从站输出寄存器，地址从40108-40109，共两个寄存器的数值。
| 事务/协议 | 长度 | 单元标识 | 功能码 | 字节计数 | 1高 | 1低 | 2高 | 2低 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0x00000000 | 0x0007 | 0x01 | 0x03 | 0x04 | 0x02 | 0x2B | 0x01 | 0x06 |
返回报文含义：返回服务器1号从站输出寄存器40108-40109，共2个寄存器的数值，返回字节数为4个，分别为02、2B、01、06,40108对应数值为0x022B，40109对应数值为0x0106
一共有三类Modbus功能码：公共功能码、用户定义功能码、保留功能码
图3-1 Modbus 功能码分类
1）公共功能码
2）用户定义功能码
3）保留功能码
当客户机设备向服务器设备发送请求时，客户机希望一个正常响应。从主站询问中出现下列四种可能事件之一：
异常响应报文有两个与正常响应不同的域：
图4-1 Modbus事务处理_无差错
图4-2 Modbus事务处理_异常响应
| 代码 | 名称 | 含义 |
|---|---|---|
| 01 | 非法功能 | 对于服务器(或从站)来说，询问中接收到的功能码是不可允许的操作。这也许是因为功能码仅仅适用于新设备而在被选单元中是不可实现的。同时，还指出服务器(或从站)在错误状态中处理这种请求，例如：因为它是未配置的，并且要求返回寄存器值。 |
| 02 | 非法数据地址 | 对于服务器(或从站)来说，询问中接收到的数据地址是不可允许的地址。特别是，参考号和传输长度的组合是无效的。对于带有 100 个寄存器的控制器来说，带有偏移量 96 和长度 4 的请求会成功，带有偏移量 96 和长度 5 的请求将产生异常码 02。 |
| 03 | 非法数据值 | 对于服务器(或从站)来说，询问中包括的值是不可允许的值。这个值指示了组合请求剩余结构中的故障，例如：隐含长度是不正确的。并不意味着，因为MODBUS 协议不知道任何特殊寄存器的任何特殊值的重要意义，寄存器中被提交存储的数据项有一个应用程序期望之外的值。 |
| 04 | 从站设备故障 | 当服务器(或从站)正在设法执行请求的操作时，产生不可重新获得的差错。 |
| 05 | 确认 | 与编程命令一起使用。服务器(或从站)已经接受请求，并且正在处理这个请求，但是需要长的持续时间进行这些操作。返回这个响应防止在客户机(或主站)中发生超时错误。客户机(或主站)可以继续发送轮询程序完成报文来确定是否完成处理。 |
| 06 | 从属设备忙 | 与编程命令一起使用。服务器(或从站)正在处理长持续时间的程序命令。当服务器(或从站)空闲时，用户(或主站)应该稍后重新传输报文。 |
| 0A | 不可用网关路径 | 与网关一起使用，指示网关不能为处理请求分配输入端口至输出端口的内部通信路径。通常意味着网关是错误配置的或过载的。 |
| 0B | 网关目标设备响应失败 | 与网关一起使用，指示没有从目标设备中获得响应。通常意味着设备未在网络中。 |