七、功能码与数据模型

7.1 四种数据表

Modbus 定义四种独立的数据表，不依赖传输方式（RTU/TCP通用）：

数据表	数据类型	访问权限	读功能码	写功能码	数据类型数量
离散输入 (Discrete Input)	1位	只读	02	-	1-65536
线圈 (Coil)	1位	读写	01	05(单)/15(多)	1-65536
输入寄存器 (Input Register)	16位	只读	04	-	1-65536
保持寄存器 (Holding Register)	16位	读写	03	06(单)/16(多)	1-65536

地址范围：理论上 0x0000 ~ 0xFFFF（0-65535），某些实现使用 1-based 地址（需转换）。

7.2 基础功能码详解

7.2.1 功能码 01：读线圈

请求PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x01
起始地址	2字节	0x0000 ~ 0xFFFF
线圈数量	2字节	1 ~ 2000

响应PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x01
字节数	1字节	N（=ceil(线圈数/8)）
线圈状态	N字节	每bit对应一个线圈，最低有效位对应起始地址

线圈打包规则：

• 线圈0（起始地址）→ 字节0的bit0

• 线圈7 → 字节0的bit7

• 线圈8 → 字节1的bit0

7.2.2 功能码 03：读保持寄存器

请求PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x03
起始地址	2字节	0x0000 ~ 0xFFFF
寄存器数量	2字节	1 ~ 125

响应PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x03
字节数	1字节	N（=2 × 寄存器数）
寄存器值	N字节	每寄存器2字节，大端序

7.2.3 功能码 06：写单个寄存器

请求PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x06
寄存器地址	2字节	0x0000 ~ 0xFFFF
寄存器值	2字节	任意

响应PDU：回显请求（功能码+地址+值）

7.2.4 功能码 16 (0x10)：写多个寄存器

请求PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x10
起始地址	2字节	0x0000 ~ 0xFFFF
寄存器数量	2字节	1 ~ 123
字节数	1字节	2 × 寄存器数量
寄存器值	N字节	每寄存器2字节

响应PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x10
起始地址	2字节	回显
寄存器数量	2字节	回显

7.3 高级功能码详解

7.3.1 功能码 23 (0x17)：读/写多个寄存器（原子操作）

用途：同时修改和读取，保证中间状态不被其他客户端干扰（如电机位置控制、PID参数调整）。

请求PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x17
读起始地址	2字节	-
读数量	2字节	1 ~ 125
写起始地址	2字节	-
写数量	2字节	1 ~ 121
写字节数	1字节	2 × 写数量
写数据	N字节	待写入值

响应PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x17
字节数	1字节	2 × 读数量
读数据	N字节	读取的寄存器值

示例：先写寄存器0x0000=0x1234，0x0001=0x5678，再读0x0002开始的2个寄存器。

7.3.2 功能码 43 (0x2B)：设备识别

用途：获取设备信息（厂商名、产品代码、版本号等）。

子功能码 14 (0x0E)：读设备标识

请求PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x2B
子功能码	1字节	0x0E
读取类型	1字节	01=基本, 02=常规, 03=扩展
对象ID	1字节	起始对象ID
数量	2字节	要读取的对象数量

响应PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	0x2B
子功能码	1字节	0x0E
更多标志	1字节	0x00=无更多, 0xFF=还有
下一对象ID	1字节	-
对象数量	1字节	返回的对象数
对象列表	变长	每对象：ID+长度+数据

预定义对象ID：

ID	说明	示例
0x00	厂商名	"Schneider Electric"
0x01	产品代码	"TM221CE40R"
0x02	版本号	"V2.1.0"
0x03-0x7F	保留	-
0x80-0xFF	用户自定义	-

7.3.3 功能码 08 (0x08)：诊断（仅串行线）

子功能码：

子功能码	说明	Modbus TCP替代
0x0000	回显请求/响应	TCP ping
0x000A	计数清零	无

7.4 异常响应

当服务器/从站无法处理请求时，返回异常响应：

异常响应PDU：

字段	长度	值
功能码	1字节	原功能码	0x80
异常码	1字节	见下表

异常码	名称	说明	常见原因
0x01	非法功能	不支持该功能码	读只写寄存器、功能码不存在
0x02	非法数据地址	寄存器地址超范围	地址超出设备支持范围
0x03	非法数据值	写入值不合法	写入值超出允许范围、数量为0
0x04	从站设备故障	设备内部错误	硬件故障、校验错（已过CRC）
0x05	确认	正在处理长命令	少见，响应后需等待
0x06	从站忙	设备正忙	RS485总线上尝试重试
0x07	否认	无法执行	权限不足、条件不满足
0x08	内存奇偶错误	内存错误	极少见（老旧设备）
0x0A	网关路径不可用	TCP网关错误	单元ID无效
0x0B	网关目标无响应	TCP网关超时	下游RTU设备无响应

异常响应示例（RTU格式）：

请求: 01 05 00 00 00 02 CRC（写线圈地址0x0000，值0x02无效）
响应: 01 85 03 CRC（85=05|0x80, 03=非法数据值）