ModBus RTU和ModBus ASC

1. RTU的传输机制

RTU，即远程传输单元。ModBus主机通过RTU方式发送数据帧给从机时，数据帧格式为：

(1) 主机发出目标从机的地址
(2) 接着是功能码
ModBus提供了127个功能码，即规定主机找从机要实现的操作分了128种可能，功能码表示收到主机的数据帧的从机之后要干什么事情，如0x03功能码表示是主机要读从机的数据
(3) 针对功能码，附加的数据信息(相当于c函数的形参一样)
举个例子，主机去读地址为2的从机的数据，那么地址域为0x02，功能码为0x03，附加数据信息则是要表明主机要读从设备的哪些存储单元上的数据: 从哪个地址开始读，读多长(从机的每个存储单元都有一个确定的地址)。
针对不同的功能码，其数据域代表的意义不同。以0x03功能码为例，数据域的意义是哪个地址开始，读多少个。
(4) 如上构成一条数据帧之后，再全部参与CRC16的校验，CRC16就是将它们进行一种特定的方式运算，最后得到一个16位的二进制数，这个二进制数反映了整个数据帧的一种规则，这个二进制数尾加在数据帧后面，称之校验码。
注意几点:
a. 主、从机上电后，都处于接收状态，从机不能主动发数据包给主机。主机将自己转为发送状态之后，发出如上数据帧。因为每个从机都处于接收状态，所以所有从机都收到主机发出的数据包。
b. 从机在读取主机的数据包，但是一个问题，从机并不知道该接收到何时才停止接收，因为主机没有告诉从机这次它要发送多少字节数据给从机，而且主机发送的数据帧的长度又不是固定不变的。从机是要在收到一个完成的数据包之后才来判断这个数据包的(是不是给我的，要我做哪些事情)。ModBus规定的数据帧并没有明确规定数据包何时结束，特别是RTU方式，它并没有明确的结束标志。因此ModBus借用人类平时的语言交流规约，发数据包的一方在发数据的时候，接收方一直在接收，当发送方发送完毕之后，间隔3.5字符之后发送方仍然没有发送数据，接收方就会认为发送方已经把数据发送结束了(接收方在发送方发送数据期间其计时器一直为0，当发送方停止发送之后，计时器开始计时，直到计时到3.5字符之后，确定停止发送数据给接收方了，接收方开始分析处理接收的数据包)。
所以注意，发送数据包的一方在写程序的发送数据包的时候中间不要停顿，一口气发完。若发送方发数据中途停顿下来了但又没有停3.5个字符的时间，那么接收方会把停顿前收到的数据直接丢弃。
c. 3.5个字符的时间如何计算?
假设ModBus协议运行于RS-485硬件层上，RS-485的波特率为9600bit/s，那么每bit数据传输的时间t等于1/9600=104us，8位数据位+起停位共10位，即一字节数据需要10位，每一位的传输速度为104us，那么发送一字节数据需要1040us，3.5字符等于3.5字节，那么3.5字符时间=3.5*1040us = 3640us，大概4ms。可以取5到6毫秒但不能小于3.6毫秒，不然实现不了ModBus协议。
由于RTU方式，对于整个数据包并没有发送起始标志，也没有发送结束标志(就像打电话，拨号后的”喂~”是发送起始标志，”先这样”是发送结束标志)，因此需要硬件上的定时器来规约数据包的起停标志，如上述所讲。因此，RTU方式的ModBus在程序设计中，需要开发者懂得:
单片机定时器的使用，定时4毫秒
串口的收发数据

2. ASC的传输机制

相对于RTU传输方式，ASC传输方式比较简单。
假设主机去读地址为2的从机的数据:
(1) ASC有明确的起始标志，主机要去寻找每一台从机的时候，它会先发出一个”:”的ASC码，”:”的ASC码是0x3a，所以从机只要收到0x3a就知道主机在寻找从机了。
(2) 0x3a之后，就是要发送0x02这个地址域。ASC方式，0x02会被拆成’0’和’2’并发出各自的ASC码值
(3) 地址过后是功能码、数据码，同上
(4) 校验码部分，从地址域到数据域结束参与校验，但不是CRC校验而是LRC校验。LRC校验的实现是(地址+功能码+数据1+…+数据n)%256，那么就得到一个小于256的数，再用c语言中的按位取反加1(加1其实是求补码)，注意加法操作不能加上”:”，这个开始标志是不需要判断正误的。(当然这个算法是不需要我们写的，移植现成的库或者代码即可)
(5) 把计算出来的校验码尾加在数据域之后，它也是占据2字节。同理，还是需要拆分，然后发送其ASC码值的二进制数
(6) 最后发送0x13 0x10作为数据包的结束标志，0x13是c语言中的’\r’(回车)，0x10则是’\n’(换行)（更正：0x13和0x10改为13和10）

ASC在调试上非常方便，如在串口终端可以明确看到”:”等标志，但是效率低，一个字节的数据需要拆成两字节来传输，数据量增大了一倍，所以在工作中用得相对较少。

3. 从机的应答数据包

上面讲的是主机查询从机的机制，主机发出非0的从机地址时，目标从机收到数据包后都应给予反馈，那么就需要知道从机反馈主机的数据包格式了。
从机回应主机的数据包格式跟主机查询数据包格式是一样的，但是有两个地方需要调整：
假设主机寻找从机，从机去获取传感器上的数据，从机明知传感器是坏的，所以从机需要对回复有所调整，
a. 正常返回时，从机发回的功能码和主机发来的功能码一致，为1~127
b. 异常发回时，从机在收到的功能码的基础上加上128(主机判断从机返回数据包的功能码>=128时就可以知道从机设备是异常的)