modbus DTU报文

### 实现MODBUS RTU到MODBUS TCP协议转换 对于主控设备不具备以太网MAC地址支持的情况，可以通过嵌入式Linux系统中的虚拟网络接口来创建一个虚拟的以太网环境，在此环境中完成MODBUS RTU至TCP的协议转换工作[^1]。 #### 创建虚拟网络接口 在Linux环境下可以使用`ip`命令或者编写简单的Python脚本来创建TAP/TUN设备作为虚拟网络接口。这允许应用程序认为存在物理网络适配器而无需实际硬件支持： ```bash sudo ip tuntap add dev tap0 mode tap user $(whoami) sudo ip link set tap0 up ``` 上述命令会建立名为tap0的虚拟网络接口并激活它。 #### 使用Modbus库进行协议处理 为了实现两种不同类型的Modbus消息之间的映射关系，可以选择合适的编程语言及其对应的Modbus库来进行开发。例如，在Python中有pyserial用于读取串口上的RTU帧以及pymodbus负责构建和解析TCP报文结构： ```python from pymodbus.client.sync import ModbusSerialClient as SerialClient from pymodbus.server.async_io import StartTcpServer, ModbusSocketFramer def modbus_rtu_to_tcp_converter(): rtu_client = SerialClient(method='rtu', port='/dev/ttyUSB0') class CustomDataBlock(ModbusSlaveContext): def __init__(self): store = {k: None for k in range(0xFFFF)} super().__init__( di=store, co=store.copy(), hr=store.copy(), ir=store.copy() ) def update(self, values): # 更新寄存器值的方法 pass context = { "slave_1": CustomDataBlock(), "single": True } server_identity = Identity( vendor_name="Vendor", product_code="ProductCode" ) start_server = lambda :StartTcpServer(contexts=context, identity=server_identity) if __name__ == '__main__': try: modbus_rtu_to_tcp_converter() except Exception as e: print(f"Error occurred during conversion process:{e}") ``` 这段代码展示了如何设置一个监听特定端口号的服务程序，并通过自定义的数据存储类将来自串行连接的请求转发给该服务。需要注意的是，这里仅提供了一个框架性的例子，具体实现细节可能因项目需求有所不同。 #### 数据同步机制 考虑到实时性和可靠性方面的要求，还需要设计合理的缓冲区管理和错误重试策略，确保两端间的数据能够准确无误地传输。此外，当检测到异常情况时应具备自动恢复的能力。

### Modbus DTU 报文格式解析 #### ADU 和 PDU 的结构 Modbus 协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU），而特定总线或网络上的 Modbus 映射可以在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。对于DTU设备而言，其报文通常由以下几个部分组成： - **地址字段 (Address Field)**：用于标识目标节点的唯一ID。 - **功能码 (Function Code)**：指示执行的操作类型，例如读取输入寄存器(04H)，写单个保持寄存器(06H)等。 - **数据区 (Data Area)**：包含实际的数据字节或者参数设置信息。 - **错误校验 (Error Check)**：CRC循环冗余检验或其他形式来确保传输准确性。 当涉及到Modbus-TCP时，则会在上述基础上增加MBAP头[^2]；而对于串口模式下的RTU来说则会采用不同的封装方式并加入起始位和停止位作为帧边界标记[^1]。 #### 数据交换流程 在一个典型的Modbus请求/响应周期里，客户端发起查询命令至服务器端，在这个过程中包含了完整的ADU构建过程——即先形成基本的功能调用指令(PDU),再依据具体的物理接口特性加上必要的控制信息构成最终发出的消息体(ADU)[^2]。一旦接收到来自远程站点的回答之后便开始解码操作直至获取到所需的结果集为止。 针对具体的应用场景比如通过DTU转发消息给末端仪表的情况,整个交互链路可能涉及多个层次间的转换工作，但核心机制依然是遵循标准规定的编码规则来进行有效沟通[^4]。 ```python def parse_modbus_dtu_message(message_bytes): """ 解析来自DTU的标准Modbus TCP/IP 或 RTU 帧 参数: message_bytes (bytes): 接收到的一条完整Modbus消息二进制流 返回值: dict: 包含解析后的各个组成部分及其含义 """ result = {} if is_tcp_frame(message_bytes): mbap_header_length = 7 transaction_id = int.from_bytes(message_bytes[:2], byteorder='big') protocol_identifier = int.from_bytes(message_bytes[2:4], byteorder='big') length_field = int.from_bytes(message_bytes[4:6], byteorder='big') pdu_start_index = mbap_header_length unit_identifier = message_bytes[pdu_start_index] function_code = message_bytes[pdu_start_index + 1] data_area = message_bytes[pdu_start_index + 2 : -crc_size] crc_value = message_bytes[-crc_size:] result['transaction_id'] = transaction_id result['protocol_identifier'] = protocol_identifier result['length_field'] = length_field result['unit_identifier'] = unit_identifier result['function_code'] = hex(function_code) elif is_rtuo_frame(message_bytes): start_delimiter = message_bytes[0].to_bytes(length=1, byteorder='big').hex() slave_address = message_bytes[1] function_code = message_bytes[2] lrc_or_crc_position = calculate_lrc_or_crc_pos(len(message_bytes)) data_area = message_bytes[3:lrc_or_crc_position] error_check = message_bytes[lrc_or_crc_position:] result['start_delimiter'] = start_delimiter result['slave_address'] = slave_address result['function_code'] = hex(function_code) # ... 继续填充其他字段 ... return result def is_tcp_frame(frame_data): """判断是否为TCP类型的Modbus帧""" tcp_mbap_len = frame_data[4]*256 + frame_data[5] expected_total_len = sum([tcp_mbap_len, len(frame_data)-6]) actual_total_len = len(frame_data) return actual_total_len == expected_total_len and \ all(x==b'\x00' for x in frame_data[2:4]) def is_rtuo_frame(frame_data): """初步验证可能是RTU Over TCP或者其他串行连接的形式""" first_byte = frame_data[0] last_two_bytes = frame_data[-2:] valid_start_codes = {int('3A', 16)} # ASCII ':' has_valid_start = first_byte in valid_start_codes or not any(valid_start_codes) has_even_parity = bool(sum(last_two_bytes)%2==0) return has_valid_start and has_even_parity def calculate_lrc_or_crc_pos(msg_len): """计算LRC/CRC位置取决于整体长度""" pass ```