Modbus總線有三種協(xié)議：ModbusRTU協(xié)議、ModbusASCII協(xié)議和ModbusTCP協(xié)議，Modbus總線活躍在工業(yè)通信領(lǐng)域。ModbusRTU和ModbusASCII擅長串行通信，比如基于RS485或者RS232的通信，而ModbusTCP則擅長基于以太網(wǎng)的通信。由于底層所使用的結(jié)構(gòu)不同，Modbus的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ApplicationDataUnit，ADU）有所不同。你可能并去清楚什么是ADU，昌暉儀表下面來詳細(xì)介紹。

為了進(jìn)行通信，Modbus規(guī)定了一種很簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，被稱為“協(xié)議數(shù)據(jù)單元”（ProtocolDataUnit，PDU）。協(xié)議數(shù)據(jù)單元由功能碼+數(shù)據(jù)構(gòu)成，如下面這張圖：

功能碼的長度為1個字節(jié)，它表示要執(zhí)行的功能。比如常見的：01讀取線圈；02讀取離散量輸入值；03讀取保持寄存器值；05寫單個線圈等；數(shù)據(jù)部分的長度為0-252個字節(jié)，它表示要讀的地址或者要寫入的值，不同的功能碼對應(yīng)的數(shù)據(jù)有所不同。比如01功能碼，其數(shù)據(jù)為4個字節(jié)，其中前兩個字節(jié)表示要讀取的線圈的地址，后兩個字節(jié)表示要讀取線圈的數(shù)量；而對于05功能碼，其數(shù)據(jù)也是4個字節(jié)，前兩個字節(jié)表示要寫入線圈的地址，后面兩字節(jié)表示要寫入的值。

協(xié)議數(shù)據(jù)單元有三種類型：請求型協(xié)議數(shù)據(jù)單元（RequestPDU）、應(yīng)答型協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ResponsePDU）、及異常應(yīng)答型協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ExcepTIonResponsePDU），更多關(guān)于協(xié)議數(shù)據(jù)單元的內(nèi)容，大家可以去Modbus官網(wǎng)下載通信規(guī)范好好閱讀。

協(xié)議數(shù)據(jù)單元是Modbus的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它與底層物理結(jié)構(gòu)無關(guān)，ModbusRTU、ModbusASCII和ModbusTCP都使用相同的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。但是，Modbus在通信的時候，總要依賴物理網(wǎng)絡(luò)。因此要把協(xié)議數(shù)據(jù)單元映射到物理網(wǎng)絡(luò)上，這就形成了應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ApplicaTIonDataUnit，ADU）。由于底層網(wǎng)絡(luò)的不同，ModbusTCP跟ModbusRTU和ModbusASCII的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元是不同的，ModbusRTU和ModbusASCII的ADU結(jié)構(gòu)如下圖所示：

而ModbusTCP的ADU結(jié)構(gòu)如下：

可以看到，ModbusTCP的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元是在協(xié)議數(shù)據(jù)單元的基礎(chǔ)上，添加了一個叫做“MBAP頭（MBAPHeader）”的結(jié)構(gòu)。MBAP是英文“ModBusAPlicaTIon”的縮寫，即“應(yīng)用數(shù)據(jù)單元”的意思。

MBAP頭結(jié)構(gòu)由7個字節(jié)構(gòu)成，如下表所示：

其中：

◆傳輸標(biāo)識符：用于標(biāo)識應(yīng)用數(shù)據(jù)單元，即請求和應(yīng)答之間的配對；客戶端對該部分進(jìn)行初始化，服務(wù)器端將其拷貝到自己的ADU中；

◆協(xié)議標(biāo)識符：系統(tǒng)間的協(xié)議標(biāo)識，0=Modbus；

◆長度：接下來要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度，即：單元標(biāo)識符+PDU的總長度，以字節(jié)為單位；

◆單元標(biāo)識符：用于系統(tǒng)間的站尋址，比如在以太網(wǎng)+串行鏈路的網(wǎng)絡(luò)中，遠(yuǎn)程站的地址；

這就是ModbusTCP的ADU結(jié)構(gòu)，即：MBAP頭+PDU，是不是很簡單呢？ModbusTCP的數(shù)據(jù)傳輸采用的是一種被稱為“客戶端/服務(wù)器”的模式，這也是上面的表格中會出現(xiàn)客戶端/服務(wù)器功能描述的原因。其實，很多網(wǎng)絡(luò)通信都采用的這種方式，比如大名鼎鼎的西門子的S7通信協(xié)議。在串行鏈路中，這種方式也稱為主-從通信。

說道這里，大家可能會有一個疑惑。因為Modbus在網(wǎng)絡(luò)通信中，通常需要寫明IP地址和端口號，為什么ModbusTCP的ADU中沒有相關(guān)的內(nèi)容呢？

哈哈，其實這是因為ModbusTCP是一個應(yīng)用層的協(xié)議，而你說的IP地址和端口號屬于傳輸層/網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議。還沒明白，好吧，看看這張圖：

你看，在邏輯上ModbusTCP是在TCP層上的。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，ModbusTCP的應(yīng)用數(shù)據(jù)單元首先向下傳送給傳輸層，加上TCP協(xié)議的報文；再傳送給網(wǎng)絡(luò)層，加上IP協(xié)議的報文；再向下傳送給數(shù)據(jù)鏈路層及物理層；接收的過程正好相反，從物理層一層一層的去掉相應(yīng)層的報文，最終到達(dá)應(yīng)用層。所以在使用ModbusTCP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，是要配合TCP/IP協(xié)議來使用的。通常如果你使用電腦編程，就要用到SOCKET技術(shù)；如果是使用plc編程，通常廠家已經(jīng)把底層通信封裝成庫指令了，你只要直接調(diào)用就好了。比如西門子S7-200SMART/1200/1500等PLC都有現(xiàn)成的Modbus-TCP指令庫。偷偷告訴你一聲，昌暉儀表后續(xù)會寫基于PLC和基于PC的Modbus-TCP通信的文章。

還有一點(diǎn)要特別說明一下，ModbusTCP使用的端口號是502，一定要給ModbusTCP預(yù)留好，不能被別人占用哦。