Modbus 的一些理解

疑問：（使用的是Modbustcp）我在 Modbus slave 上面設置了slave地址為1，位置為40001的位置的值為1，40001這個位置上面的值是怎么存儲的，存儲在哪里的？他們是怎么進行交互的？

在Modbus協議（包括Modbus TCP）中，你提到的“40001位置的值”涉及到Modbus的數據模型、存儲機制和主從交互邏輯，具體可以從以下幾個方面理解：

一、40001的本質：Modbus保持寄存器的邏輯地址

Modbus協議定義了四種基礎數據類型，其中“40001”屬于保持寄存器（Holding Registers） 的邏輯地址，這是最常用的數據類型之一，特點是：

可讀可寫（主站可以讀取或修改其值）；
每個寄存器固定為16位（2字節） 長度，存儲范圍為0_{65535（無符號）或-32768}32767（有符號）；
邏輯地址以“4”開頭，40001表示第一個保持寄存器，40002表示第二個，以此類推（地址是1-based編號）。

你設置的“值為1”，會以16位二進制形式存儲（即0x0001，二進制00000000 00000001）。

二、值的存儲位置：從站設備的內存中

“40001的值”實際存儲在Modbus從站設備（Slave）的內存中，具體位置由從站的硬件和固件設計決定：

臨時存儲：大部分情況下，值會存放在從站的RAM（隨機存取存儲器） 中，方便快速讀寫（主站的請求會直接操作RAM中的數據）。
持久化存儲：如果從站設備需要“掉電保存”該值（比如重啟后不丟失），可能會在特定時機（如寫入后）將其同步到EEPROM或Flash等非易失性存儲中（取決于設備是否支持此功能）。

從站設備內部會維護一個“邏輯地址-物理內存”的映射表，比如將“40001”映射到RAM中的某個具體地址（例如0x00001000），主站對40001的操作會被從站固件轉換為對該物理內存的讀寫。

三、主從交互過程（以Modbus TCP為例）

Modbus是“主從式”通信協議，只有主站（Master）能主動發起請求，從站（Slave）被動響應。當你在從站設置好40001的值為1后，主從交互的流程如下：

1. 主站讀取40001的值（功能碼03）

主站（如PLC、SCADA系統、上位機）通過TCP/IP網絡向從站的IP地址和端口（默認502）發送請求幀，幀中包含：
- 從站地址（你設置的1，Modbus TCP中可能放在PDU里，用于區分同一IP下的多個邏輯從站）；
- 功能碼03（表示“讀取保持寄存器”）；
- 起始地址（40001對應的偏移量為0，因為40001是第一個保持寄存器，協議中常用0-based偏移）；
- 讀取數量（1，即只讀取40001這一個寄存器）。
從站收到請求后，先校驗從站地址是否匹配自身，再根據功能碼和地址找到對應的內存位置，取出存儲的16位值（0x0001），然后打包成響應幀返回給主站，響應幀中包含讀取到的數值。

2. 主站修改40001的值（功能碼06）

若主站需要將40001的值改為其他值（比如2），會發送功能碼06（“寫入單個保持寄存器”）的請求幀，包含：
- 從站地址1；
- 功能碼06；
- 目標地址（40001對應的偏移0）；
- 新值（2，即0x0002）。
從站收到后，校驗通過則將新值寫入40001對應的內存位置，然后返回響應幀（包含確認信息和寫入的值），表示修改成功。

總結

存儲：40001的值（1）以16位二進制形式存儲在Modbus從站的內存中（RAM為主，支持掉電保存時會同步到EEPROM/Flash）；
交互：主站通過Modbus TCP協議發送帶功能碼、地址和數據的請求，從站根據請求操作對應內存并返回響應，實現數據讀寫。

這種機制保證了主從設備間高效、標準化的數據交換，廣泛用于工業控制領域。

我主站請求修改了對應位置的值，從站是怎么能夠檢測到的，比如說我是需要進行控制的，這里的變量是怎么進行實時更新到設備中的呢？
在Modbus主從通信中，從站對主站修改請求的“檢測”和變量向設備的“實時更新”，本質上是從站內部通信層與設備控制層協同工作的過程，具體可以分為“請求檢測-數據更新-設備響應”三個環節，不同類型的從站（如PLC、智能傳感器、嵌入式設備等）實現細節略有差異，但核心邏輯一致。

一、從站如何“檢測”到主站的修改請求？

從站對主站寫入操作的“檢測”，依賴于其持續監聽通信端口并解析請求幀的機制，流程如下：

通信端口持續監聽
Modbus從站（無論是TCP還是RTU）會始終監聽指定的通信通道：
- 對于Modbus TCP，從站會監聽IP地址對應的502端口（默認），等待主站的TCP連接和數據幀；
- 對于Modbus RTU，從站會監聽串行總線（如RS485）上的電平信號，解析符合Modbus協議的幀結構。
這個監聽過程由從站的硬件（如網卡、串口芯片）和固件（或驅動程序）實現，類似“一直開著的收音機”，不斷接收總線上的信號。
請求幀的解析與校驗
當主站發送“修改值”的請求（如功能碼06“寫入單個保持寄存器”、功能碼16“寫入多個保持寄存器”）時，從站收到數據幀后會執行以下校驗：
- 從站地址匹配：檢查幀中攜帶的從站地址是否與自身設置一致（比如你設置的地址1），不匹配則直接丟棄該幀；
- 功能碼合法性：確認功能碼是否支持（比如從站是否允許寫入保持寄存器）；
- 地址范圍校驗：檢查主站要修改的寄存器地址（如40001）是否在從站定義的有效范圍內（避免越界訪問）；
- 數據格式校驗：驗證寫入的值是否符合寄存器的格式要求（比如16位無符號整數的范圍）。
只有所有校驗通過，從站才會認為這是一個有效的修改請求。
更新內部寄存器值
校驗通過后，從站會將主站發送的新值寫入到內部數據緩沖區中對應的寄存器位置（比如40001對應的內存地址）。這個緩沖區是從站專門為Modbus協議維護的“數據映射區”，所有主從交互的數據（包括讀取和寫入）都通過這個緩沖區中轉。

到這一步，從站就“檢測”并完成了對指定位置值的修改。

二、變量如何“實時更新”到設備中？

從站內部的“數據緩沖區”（即40001等寄存器對應的內存）與實際設備（如電機、閥門、傳感器等）的控制邏輯之間，需要通過應用層程序（或控制邏輯） 建立關聯，實現變量到設備的實時更新。這個過程可以理解為“數據緩沖區→控制邏輯→設備執行”的流轉：

控制邏輯對緩沖區的實時讀取
從站設備的核心控制邏輯（可能是PLC程序、嵌入式固件中的控制算法、或者工業軟件中的腳本）會周期性或事件觸發式地讀取數據緩沖區：
- 周期性讀取：比如每10ms掃描一次緩沖區，檢查40001等關鍵寄存器的值是否有變化（這是最常見的方式）；
- 中斷觸發：部分高級從站支持“寄存器值變化時觸發中斷”，當主站修改40001的值后，直接觸發控制邏輯執行，減少延遲。
例如，假設你的從站是一個控制電機啟停的設備，40001定義為“電機啟動信號”（1=啟動，0=停止），控制邏輯會不斷檢查40001的值。
控制邏輯執行對應動作
當控制邏輯讀取到緩沖區中40001的值已被主站修改（比如從0變為1），會立即執行預設的控制邏輯：
- 軟件層面：更新內部狀態變量（如“電機狀態=運行”）；
- 硬件層面：通過GPIO、DAC或專用驅動芯片，向實際設備發送控制信號（比如給繼電器線圈通電，閉合電機電源回路）。
這個過程的延遲取決于控制邏輯的掃描周期（比如10ms周期意味著最多延遲10ms），周期越短，實時性越高。
設備狀態反饋（可選）
很多場景下，設備執行動作后會有狀態反饋（比如電機是否真的啟動成功），從站會將這些反饋信息寫入另一個寄存器（比如40002定義為“電機狀態反饋”），主站可以通過讀取該寄存器確認操作結果，形成“主站寫入→從站執行→主站確認”的閉環。