Modbus协议的数据模型和地址模型

在使用Modbus协议的时候，经常会遇到诸如40001、30001，10001之类的地址，这些数字代表什么含义呢？这其实是Modbus协议的数据模型和地址模型。

Modbus协议的数据模型

数据模型是对从站设备可访问的数据进行抽象，Modbus协议的数据模型定义了四种可访问的数据：

数据区块	数据类型	访问类型
线圈(Coils)	布尔	读/写
离散量输入 (Discrete Input)	布尔	只读
输入寄存器 （Input registers）	无符号2字节整型	只读
保持寄存器 (Holding registers)	无符号2字节整型	读/写

其中，离散量输入和线圈数据类型是布尔量，因此只支持以位(bit)的方式进行访问，输入寄存器和保持寄存器数据类型是无符号2字节整型，因此支持以字的方式进行访问。当主设备访问从设备的这些数据模型时，离散量输入和输入寄存器只支持以只读的方式进行访问，而线圈和保持寄存器既可以读也可以写。

地址前缀编号	编号范围 (1~65536)	编号范围 (1~9999)	数据 区块	数据 类型	访问 类型
0	000001~ 065536	00001~ 09999	线圈 (Coils)	布尔	读/写
1	100001~ 165536	10001~ 19999	离散量输入 (Discrete Input)	布尔	只读
3	300001~ 365536	30001~ 39999	输入寄存器(Input registers)	无符号2字节整型	只读
4	400001~ 465536	40001~ 49999	保持寄存器(Holding registers)	无符号2字节整型	读/写

数据模型中的每一种数据区块都最多允许有65536(2^16)个元素，Modbus定义了每个数据元素的地址，范围从0到65,535。但是每个数据元素的编号从1开始，范围从1到65,536。

需要说明的是：65536只是协议允许的最大元素范围，并不要求全部实现。Modbus协议允许设备根据自己的实际情况实现部分元素，甚至不要求实现模型中全部四种数据模型。譬如设备可能会选择不执行线圈、离散输入或输入寄存器，而只使用保持寄存器150至175和200至225。这是完全可以接受的，并且通过异常来处理无效的访问。

Modbus协议的地址模型

虽然规范将不同的数据类型定义为存在不同的区块中，并为每种类型分配一个本地地址范围，但这并不一定会转化为用于记录或理解给定设备的Modbus可访问内存的直观编址方案。

为了简化数据模型与设备存储区的对应关系，又引入了地址模型的概念，通过编号的方式对不同类型数据进行区分，也就是通过特定的编号作为前缀加到所讨论的数据地址中。如表中所示，通过0,1,3,4分别表示线圈，离散量输入，输入寄存器，和保持寄存器。

因此理论上，

线圈地址范围：000001~065536

离散量输入地址范围：100001~165536

输入寄存器地址范围：300001~365536

保持寄存器地址范围：400001~465536

由于65536是比较大的数值，实际应用一般不需要这么大的存储区，因此设备厂家普遍采用的是10000以内的地址范围，即：

线圈地址范围：00001~09999

离散量输入地址范围：10001~19999

输入寄存器地址范围：30001~39999

保持寄存器地址范围：40001~49999

有了该地址模型，我们就可以从Modbus寄存器的地址判断要访问的区块的类型。譬如常见到的寄存器地址40001/400001，最前面的4表明它是一个保持寄存器，后面的0001或者00001都是指第一个保持存储器，并且它的地址是0。寄存器30004表明它是输入寄存器，地址是3。寄存器10008表明它是离散量输入，地址是7。

要注意的是，保持寄存器和输入寄存器中的数值是2个字节，而线圈和离散量输入中数值大小仅为1bit (位）。

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审核编辑：汤梓红