3. Modbus RTU 帧结构：地址域、功能码、数据域、CRC校验、报文示例解析、字节传输顺序（LSB/MSB）

Modbus RTU 是一种紧凑、高效的二进制通信协议。理解其帧结构是进行数据采集和仪表盘数据源配置的基础。一个完整的 RTU 报文帧由四个核心域组成：地址域、功能码、数据域和CRC 校验域。每个域都有其特定的长度、功能和传输规则。

3.1 帧结构总览

RTU 帧在物理层上以连续的数据流形式传输，帧与帧之间通过至少 3.5 个字符时间的静默间隔（Silent Interval）来区分。下图展示了标准 RTU 帧的组成结构：

3.2 地址域（Address Field）

地址域长度为 1 字节，取值范围为 0 ~ 247。其中：

• 1 ~ 247：分配给从站设备的唯一地址。主站通过该地址与特定从站通信。
• 0：广播地址。主站发送的报文可被所有从站接收并执行，但从站不回复响应。

3.3 功能码（Function Code）

功能码长度为 1 字节，用于指示主站希望从站执行的操作类型。常见功能码如下：

3.4 数据域（Data Field）

数据域是帧中长度可变的部分，通常包含 起始地址、寄存器数量、数据值 或 字节计数 等信息。其具体结构取决于功能码：

• 读取请求（如 0x03）：数据域包含 2 字节起始地址 + 2 字节寄存器数量。
• 读取响应（如 0x03）：数据域包含 1 字节字节计数 + N 字节寄存器数据。
• 写入请求（如 0x06）：数据域包含 2 字节寄存器地址 + 2 字节写入值。
• 写入响应（如 0x06）：数据域回显请求中的地址和值，用于确认。

数据域的最大长度为 252 字节，因此单次最多可读取约 125 个保持寄存器（每个寄存器 2 字节）。

3.5 CRC 校验域（Cyclic Redundancy Check）

CRC 校验域长度为 2 字节，用于检测帧在传输过程中是否发生错误。RTU 协议采用 CRC-16（Modbus 多项式） 算法，多项式为 0x8005（初始值 0xFFFF）。

校验范围覆盖 地址域、功能码和数据域，不包含 CRC 自身。接收方计算收到的帧（除 CRC 外）的 CRC 值，并与帧尾的 CRC 值比较：

• 一致：帧有效，执行命令。
• 不一致：帧无效，丢弃并等待下一帧。

3.6 字节传输顺序：LSB 与 MSB

Modbus RTU 在传输多字节数据时，遵循 小端序（Little-Endian） 规则，即 低字节在前（LSB first），高字节在后（MSB last）。这一规则适用于：

• 16 位寄存器值：如地址、数据、寄存器数量。
• CRC 校验值：先发送低 8 位，再发送高 8 位。

下图展示了 16 位数据 0x1234 在 RTU 帧中的字节传输顺序：

3.7 报文示例解析

以下是一个完整的 Modbus RTU 通信示例，主站读取从站地址 0x01 的保持寄存器（起始地址 0x0000，读取 2 个 寄存器）。

3.7.1 主站请求报文

完整请求帧：01 03 00 00 00 02 39 84

3.7.2 从站响应报文

完整响应帧：01 03 04 00 64 01 2C 3D E1

3.8 帧结构要点总结