Modbus RTU · 串行链路协议百科

• Modbus：1979 年 Modicon（现施耐德电气）发布的公开工业通信协议，应用层标准，物理层可跑串口（RTU/ASCII）或以太网（TCP）。
• RTU：二进制紧凑编码，一主多从、主站轮询、从站应答；帧 = 地址 + 功能码 + 数据 + CRC16。
• 工控里几乎遍地都是：PLC ↔ 触摸屏、变频器、仪表、电表、温控器，全靠它。

• 由 Modicon 公司 1979 年为 PLC 通信设计，后来交给 Modbus 组织维护，完全公开免费，无授权费用。
• 典型的主从（Master/Slave）模型：一台主站（PLC、上位机、触摸屏）管理最多 247 个从站（地址 1~247；0 是广播地址，只发不收）。
• 从站不会主动说话，主站问一句、从站答一句（轮询）；从站也可以"无响应"表示出错或不在线。
• 变体：Modbus RTU（二进制，串口主流）、Modbus ASCII（文本，慢但可读）、Modbus TCP（以太网，见另一篇）。

主站 A ──────── A  从站1  从站2  从站3 ...
主站 B ──────── B  （手拉手菊花链，最远 ~1200m）
GND ────────── GND  （共地，屏蔽层单端接地）

两端各并一个 120Ω 终端电阻（最远的两台设备处）

电脑串口/调试时用：TX、RX、GND 三线，交叉连接（主机 TX → 从机 RX），距离约 15m 以内，只支持一主一从。

请求帧（主站 → 从站）：
┌────────┬────────┬──────────────┬──────────┐
│ 地址(1B) │ 功能码(1B) │ 数据区(NB)     │ CRC16(2B) │
└────────┴────────┴──────────────┴──────────┘
  0x01      0x03      起始地址+数量      低字节在前

• 帧与帧之间必须静默 ≥3.5 个字符时间（9600bps 下约 4ms）——靠这个判断"上一帧结束、新帧开始"。
• 帧内相邻字节间隔必须 <1.5 个字符时间，超了会被当成拆帧丢弃。
• 所以 RTU 不能用"每个字节停顿"的串口助手上位机直发，必须整帧连续发出。

读从站 1 的保持寄存器 0x0000 起 2 个：
请求  01 03 00 00 00 02 C4 0B
      │  │  │     │     └─ CRC16(低字节在前)
      │  │  └─────┴─ 起始地址 0x0000，数量 2
      │  └─ 功能码 03（读保持寄存器）
      └─ 从站地址 1

响应  01 03 04 12 34 56 78 7A 4D
      │  │  │  └─── 4 字节数据：0x1234、0x5678
      │  │  └─ 数据字节数 = 4
      │  └─ 功能码 03（正常应答，最高位为 0）
      └─ 从站地址 1

从站把功能码最高位置 1 并附异常码返回，例如请求 03 失败 → 回 83 + 异常码：
01 83 02 C0 F1
   │  │  └─ 异常码 02 = 非法数据地址
   └─ 功能码 0x83 = 0x03 | 0x80（出错标志）

// 标准实现（C 语言风格）：逐字节查表/移位均可，这是逐位算法
uint16_t crc16_modbus(const uint8_t *buf, uint16_t len) {
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    for (uint16_t i = 0; i < len; i++) {
        crc ^= buf[i];
        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {
            if (crc & 0x0001) crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
            else              crc >>= 1;
        }
    }
    return crc;   // 发送顺序：低字节在前（crc & 0xFF 先发，再发 crc >> 8）
}

• 初始值 0xFFFF，多项式（反射）0xA001——这是 Modbus 专用变体，别和通用 CRC16-CCITT（0x1021）搞混。
• 对地址+功能码+数据三部分计算，不包含 CRC 本身。
• 验证技巧：把"报文 + 它自己的 CRC 低字节 + 高字节"按同样算法再算一遍，结果应为 0x0000。

• 主站按"点表"循环发请求：先读 A 仪表 → 等响应（超时）→ 再读 B 变频器 → ...
• 每轮询一个从站后等待响应或超时，再发下一帧；响应超时典型 100~500ms（按波特率、从站数调）。
• 从站多、波特率低时，一个完整轮询周期可能几百毫秒~几秒，实时性要求高就别用 Modbus RTU。