4. 常用功能码解析

Modbus RTU 从站开发的本质，是把主站发来的“功能码 + 数据”翻译成对本地寄存器或线圈的操作，再把结果按协议格式回填。功能码决定了操作对象、数据长度和字节序，因此理解 01/02/03/04/05/06/15/16 这八个常用功能码的请求与响应格式，是从站协议栈能否正确收发数据的关键。下面先给出整体数据流，再逐一拆解。

一、读操作：01/02/03/04 的请求与响应

01 和 02 分别读取线圈和离散输入，请求格式相同：从站地址 + 功能码 + 起始地址（2 字节）+ 数量（2 字节）+ CRC。响应由“字节数 + 数据字节”组成，数据按位打包，低位在前。例如读取 10 个线圈，需要 2 个数据字节，最后一个字节的高 6 位补 0。

03 和 04 分别读取保持寄存器和输入寄存器，请求格式与 01/02 一致，但数量以“寄存器个数”计，响应中字节数 = 寄存器个数 × 2，每个寄存器 2 字节，高字节在前。这是初学者最容易出错的地方：位操作按位打包，寄存器操作按字打包，两者不能混用。

读保持寄存器请求（03）：
01 03 00 00 00 02 C4 0B
从站地址=01，功能码=03，起始地址=0x0000，数量=2，CRC=C40B

正常响应：
01 03 04 00 0A 00 0B 7A 3D
字节数=04，寄存器0=0x000A，寄存器1=0x000B

二、写操作：05/06 与 15/16 的区别

05 写单个线圈，请求中数据域为 0xFF00 表示置位（ON），0x0000 表示复位（OFF），其他值视为非法。06 写单个保持寄存器，数据域为 2 字节写入值。两者的正常响应都是“原样回显请求”，主站据此确认写入成功。

15 写多个线圈，请求格式为：起始地址 + 数量 + 字节数 + 数据字节 + CRC，响应只回显起始地址和数量。16 写多个寄存器，请求格式为：起始地址 + 数量 + 字节数 + 数据字节 + CRC，响应同样只回显起始地址和数量。注意 15/16 的响应不包含写入数据，主站不能靠响应判断数据内容，只能靠 CRC 和回显地址确认。

三、异常响应：功能码最高位置 1

当从站无法正常执行请求时，会返回异常响应。异常响应的结构非常固定：从站地址 + 功能码（原功能码 + 0x80）+ 异常码（1 字节）+ CRC。例如 03 的异常响应功能码为 0x83，06 的异常响应功能码为 0x86。主站收到后，用“功能码 & 0x80”判断是否为异常，再读取异常码定位原因。

四、案例：从站处理 03 与 16 的完整流程

假设从站地址为 0x01，保持寄存器 0x0000～0x0009 有效。主站发送 03 读取 0x0000 开始的 2 个寄存器，从站校验地址和 CRC 后，判断功能码为 03，检查起始地址和数量是否越界，然后按高字节在前组帧返回。若主站发送 16 写入 0x0000 开始的 2 个寄存器，从站先校验字节数是否等于数量 × 2，再逐个写入，最后回显起始地址和数量。

写多个寄存器请求（16）：
01 10 00 00 00 02 04 00 0A 00 0B 7B 8C
从站地址=01，功能码=10(16)，起始地址=0x0000，数量=2，字节数=04，数据=000A 000B

正常响应：
01 10 00 00 00 02 41 0B
回显起始地址=0x0000，数量=2

异常响应（地址越界）：
01 90 02 C4 0B
功能码=0x90（0x10+0x80），异常码=0x02（非法数据地址）

五、复盘：从站实现中的检查清单

• 地址校验：从站地址不匹配时不应响应，避免总线冲突。
• CRC 校验：CRC 错误直接丢弃，不返回任何数据。
• 功能码支持：不支持的功能码返回异常码 0x01。
• 地址范围：起始地址 + 数量超出有效范围返回 0x02。
• 数据值：05 的数据不是 0xFF00/0x0000 时返回 0x03。
• 字节数：15/16 的字节数必须与数量匹配，否则返回 0x03。
• 响应长度：异常响应固定为 5 字节，正常响应按功能码计算。

掌握这八个功能码的请求与响应格式，等于掌握了 Modbus RTU 从站数据面的主干。后续无论是扩展 0x0F/0x10 的边界处理，还是实现异常码的精细化返回，都可以在这套格式框架上直接叠加。