Modbus 的一些理解

疑问：（使用的是Modbustcp）我在 Modbus slave 上面设置了slave地址为1，位置为40001的位置的值为1，40001这个位置上面的值是怎么存储的，存储在哪里的？他们是怎么进行交互的？

在Modbus协议（包括Modbus TCP）中，你提到的“40001位置的值”涉及到Modbus的数据模型、存储机制和主从交互逻辑，具体可以从以下几个方面理解：

一、40001的本质：Modbus保持寄存器的逻辑地址

Modbus协议定义了四种基础数据类型，其中“40001”属于保持寄存器（Holding Registers） 的逻辑地址，这是最常用的数据类型之一，特点是：

可读可写（主站可以读取或修改其值）；
每个寄存器固定为16位（2字节） 长度，存储范围为0_{65535（无符号）或-32768}32767（有符号）；
逻辑地址以“4”开头，40001表示第一个保持寄存器，40002表示第二个，以此类推（地址是1-based编号）。

你设置的“值为1”，会以16位二进制形式存储（即0x0001，二进制00000000 00000001）。

二、值的存储位置：从站设备的内存中

“40001的值”实际存储在Modbus从站设备（Slave）的内存中，具体位置由从站的硬件和固件设计决定：

临时存储：大部分情况下，值会存放在从站的RAM（随机存取存储器） 中，方便快速读写（主站的请求会直接操作RAM中的数据）。
持久化存储：如果从站设备需要“掉电保存”该值（比如重启后不丢失），可能会在特定时机（如写入后）将其同步到EEPROM或Flash等非易失性存储中（取决于设备是否支持此功能）。

从站设备内部会维护一个“逻辑地址-物理内存”的映射表，比如将“40001”映射到RAM中的某个具体地址（例如0x00001000），主站对40001的操作会被从站固件转换为对该物理内存的读写。

三、主从交互过程（以Modbus TCP为例）

Modbus是“主从式”通信协议，只有主站（Master）能主动发起请求，从站（Slave）被动响应。当你在从站设置好40001的值为1后，主从交互的流程如下：

1. 主站读取40001的值（功能码03）

主站（如PLC、SCADA系统、上位机）通过TCP/IP网络向从站的IP地址和端口（默认502）发送请求帧，帧中包含：
- 从站地址（你设置的1，Modbus TCP中可能放在PDU里，用于区分同一IP下的多个逻辑从站）；
- 功能码03（表示“读取保持寄存器”）；
- 起始地址（40001对应的偏移量为0，因为40001是第一个保持寄存器，协议中常用0-based偏移）；
- 读取数量（1，即只读取40001这一个寄存器）。
从站收到请求后，先校验从站地址是否匹配自身，再根据功能码和地址找到对应的内存位置，取出存储的16位值（0x0001），然后打包成响应帧返回给主站，响应帧中包含读取到的数值。

2. 主站修改40001的值（功能码06）

若主站需要将40001的值改为其他值（比如2），会发送功能码06（“写入单个保持寄存器”）的请求帧，包含：
- 从站地址1；
- 功能码06；
- 目标地址（40001对应的偏移0）；
- 新值（2，即0x0002）。
从站收到后，校验通过则将新值写入40001对应的内存位置，然后返回响应帧（包含确认信息和写入的值），表示修改成功。

总结

存储：40001的值（1）以16位二进制形式存储在Modbus从站的内存中（RAM为主，支持掉电保存时会同步到EEPROM/Flash）；
交互：主站通过Modbus TCP协议发送带功能码、地址和数据的请求，从站根据请求操作对应内存并返回响应，实现数据读写。

这种机制保证了主从设备间高效、标准化的数据交换，广泛用于工业控制领域。

我主站请求修改了对应位置的值，从站是怎么能够检测到的，比如说我是需要进行控制的，这里的变量是怎么进行实时更新到设备中的呢？
在Modbus主从通信中，从站对主站修改请求的“检测”和变量向设备的“实时更新”，本质上是从站内部通信层与设备控制层协同工作的过程，具体可以分为“请求检测-数据更新-设备响应”三个环节，不同类型的从站（如PLC、智能传感器、嵌入式设备等）实现细节略有差异，但核心逻辑一致。

一、从站如何“检测”到主站的修改请求？

从站对主站写入操作的“检测”，依赖于其持续监听通信端口并解析请求帧的机制，流程如下：

通信端口持续监听
Modbus从站（无论是TCP还是RTU）会始终监听指定的通信通道：
- 对于Modbus TCP，从站会监听IP地址对应的502端口（默认），等待主站的TCP连接和数据帧；
- 对于Modbus RTU，从站会监听串行总线（如RS485）上的电平信号，解析符合Modbus协议的帧结构。
这个监听过程由从站的硬件（如网卡、串口芯片）和固件（或驱动程序）实现，类似“一直开着的收音机”，不断接收总线上的信号。
请求帧的解析与校验
当主站发送“修改值”的请求（如功能码06“写入单个保持寄存器”、功能码16“写入多个保持寄存器”）时，从站收到数据帧后会执行以下校验：
- 从站地址匹配：检查帧中携带的从站地址是否与自身设置一致（比如你设置的地址1），不匹配则直接丢弃该帧；
- 功能码合法性：确认功能码是否支持（比如从站是否允许写入保持寄存器）；
- 地址范围校验：检查主站要修改的寄存器地址（如40001）是否在从站定义的有效范围内（避免越界访问）；
- 数据格式校验：验证写入的值是否符合寄存器的格式要求（比如16位无符号整数的范围）。
只有所有校验通过，从站才会认为这是一个有效的修改请求。
更新内部寄存器值
校验通过后，从站会将主站发送的新值写入到内部数据缓冲区中对应的寄存器位置（比如40001对应的内存地址）。这个缓冲区是从站专门为Modbus协议维护的“数据映射区”，所有主从交互的数据（包括读取和写入）都通过这个缓冲区中转。

到这一步，从站就“检测”并完成了对指定位置值的修改。

二、变量如何“实时更新”到设备中？

从站内部的“数据缓冲区”（即40001等寄存器对应的内存）与实际设备（如电机、阀门、传感器等）的控制逻辑之间，需要通过应用层程序（或控制逻辑） 建立关联，实现变量到设备的实时更新。这个过程可以理解为“数据缓冲区→控制逻辑→设备执行”的流转：

控制逻辑对缓冲区的实时读取
从站设备的核心控制逻辑（可能是PLC程序、嵌入式固件中的控制算法、或者工业软件中的脚本）会周期性或事件触发式地读取数据缓冲区：
- 周期性读取：比如每10ms扫描一次缓冲区，检查40001等关键寄存器的值是否有变化（这是最常见的方式）；
- 中断触发：部分高级从站支持“寄存器值变化时触发中断”，当主站修改40001的值后，直接触发控制逻辑执行，减少延迟。
例如，假设你的从站是一个控制电机启停的设备，40001定义为“电机启动信号”（1=启动，0=停止），控制逻辑会不断检查40001的值。
控制逻辑执行对应动作
当控制逻辑读取到缓冲区中40001的值已被主站修改（比如从0变为1），会立即执行预设的控制逻辑：
- 软件层面：更新内部状态变量（如“电机状态=运行”）；
- 硬件层面：通过GPIO、DAC或专用驱动芯片，向实际设备发送控制信号（比如给继电器线圈通电，闭合电机电源回路）。
这个过程的延迟取决于控制逻辑的扫描周期（比如10ms周期意味着最多延迟10ms），周期越短，实时性越高。
设备状态反馈（可选）
很多场景下，设备执行动作后会有状态反馈（比如电机是否真的启动成功），从站会将这些反馈信息写入另一个寄存器（比如40002定义为“电机状态反馈”），主站可以通过读取该寄存器确认操作结果，形成“主站写入→从站执行→主站确认”的闭环。