Rust 实现异步ModbusRTU 主机源码分享

Rust 实现异步ModbusRTU 主机源码分享

• 一、源码分享
• • 1、分享源码
  • 2、效果展示
• 二、ModbusRTU协议详解
• • 1、ModbusRTU 协议概述
  • 2、 ModbusRTU 帧结构
  • • 2.1 、帧格式详解
    • 2.2、 帧间隔要求
  • 3、常用功能码详解
  • • 3.1 、线圈操作（Coils）
    • • 0x01：读线圈
      • 0x05：写单个线圈
    • 3.2 寄存器操作（Registers）
    • • 0x03：读保持寄存器
      • 0x06：写单个寄存器
    • 3.3 批量操作
    • • 0x0F：写多个线圈
      • 0x10：写多个寄存器
  • 4、CRC-16 校验算法
  • 5、通信参数配置
  • 6、 错误处理与异常码
  • 7、ModbusRTU vs ModbusTCP 对比
  • 8、实际应用示例
  • • 8.1 、读取温度传感器数据
    • 8.2、 控制继电器输出
  • 9、 调试工具推荐
  • 10.、注意事项

一、源码分享

1、分享源码

use tokio_serial::SerialStream;

use tokio_modbus::prelude::*;

#[tokio::main(flavor = "current_thread")]
async fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {

let tty_path = "COM1";
let slave = Slave(1);

let builder = tokio_serial::new(tty_path, 19200);
let port = SerialStream::open(&builder).unwrap();

let mut ctx = rtu::attach_slave(port, slave);
loop {
let function_code = 0x03; // 读取保持寄存器的功能码
match ctx.read_holding_registers(0, 10).await {
Ok(values) => {
println!("功能码: 0x{:02X}, 寄存器值: {:?}", function_code, values);
// 在这里处理读取到的寄存器值
}
Err(err) => {
println!("功能码: 0x{:02X}, 读取寄存器失败: {:?}", function_code, err);
// 在这里处理错误
}
}

// 添加适当的延迟，避免过于频繁的请求
tokio::time::sleep(std::time::Duration::from_millis(300)).await;
}

ctx.disconnect().await?;

Ok(())
}

toml

[package]
name = "ttttest"
version = "0.1.0"
edition = "2024"

[dependencies]
futures = "0.3.31"
tokio = { version = "1.47.1", features = ["full"] }
anyhow = "1.0"
tokio–modbus = { version = "0.17.0", features = ["tcp", "server", "rtu","tcp-server"] }

2、效果展示

二、ModbusRTU协议详解

1、ModbusRTU 协议概述

ModbusRTU（Remote Terminal Unit）是 Modbus 协议的一种串行通信实现方式，采用二进制数据格式，通过 RS-232、RS-422 或 RS-485 等物理层进行传输。相比 ModbusTCP，RTU 版本更适用于工业现场环境，具有传输效率高、数据包紧凑的特点。

主要特性：

• 传输方式：主从式（Master-Slave）通信
• 数据格式：二进制（十六进制）
• 校验方式：CRC-16 循环冗余校验
• 帧间隔：至少 3.5 个字符时间的静默间隔作为帧分隔
• 地址范围：从站地址 1-247（0 为广播地址）

2、 ModbusRTU 帧结构

一个完整的 ModbusRTU 帧由以下部分组成：

[从站地址] [功能码] [数据] [CRC校验]

2.1 、帧格式详解

2.2、 帧间隔要求

• 帧间间隔：至少 3.5 个字符时间的静默
• 字符间间隔：最大 1.5 个字符时间
• 如果间隔超过 3.5 个字符时间，接收方认为新帧开始

3、常用功能码详解

3.1 、线圈操作（Coils）

0x01：读线圈

请求帧：

[地址][01][起始地址高][起始地址低][线圈数量高][线圈数量低][CRC低][CRC高]

响应帧：

[地址][01][字节数][线圈状态字节1][线圈状态字节2]…[CRC低][CRC高]

0x05：写单个线圈

请求帧：

[地址][05][输出地址高][输出地址低][输出值高][输出值低][CRC低][CRC高]

• 输出值：FF00 表示 ON，0000 表示 OFF

3.2 寄存器操作（Registers）

0x03：读保持寄存器

请求帧：

[地址][03][起始地址高][起始地址低][寄存器数量高][寄存器数量低][CRC低][CRC高]

响应帧：

[地址][03][字节数][寄存器值高][寄存器值低]…[CRC低][CRC高]

0x06：写单个寄存器

请求帧：

[地址][06][寄存器地址高][寄存器地址低][寄存器值高][寄存器值低][CRC低][CRC高]

3.3 批量操作

0x0F：写多个线圈

请求帧：

[地址][0F][起始地址高][起始地址低][线圈数量高][线圈数量低][字节数][线圈状态字节1][线圈状态字节2]…[CRC低][CRC高]

0x10：写多个寄存器

请求帧：

[地址][10][起始地址高][起始地址低][寄存器数量高][寄存器数量低][字节数][寄存器值高][寄存器值低]…[CRC低][CRC高]

4、CRC-16 校验算法

ModbusRTU 使用 CRC-16（多项式：0x8005）进行数据校验，计算步骤如下：

// Rust 实现的 CRC-16 Modbus 校验函数
fn crc16_modbus(data: &[u8]) -> u16 {
let mut crc: u16 = 0xFFFF;

for &byte in data {
crc ^= byte as u16;

for _ in 0..8 {
if (crc & 0x0001) != 0 {
crc >>= 1;
crc ^= 0xA001;
} else {
crc >>= 1;
}
}
}

crc
}

// 使用示例
let frame = vec![0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02];
let crc = crc16_modbus(&frame);
println!("CRC: {:04X}", crc); // 输出：C40B

5、通信参数配置

ModbusRTU 需要配置以下通信参数：

典型配置：

• 波特率：9600 bps
• 数据位：8 bits
• 停止位：1 bit
• 校验位：None（无校验）

6、 错误处理与异常码

当从站检测到错误时，会返回异常响应帧：

[地址][功能码 + 0x80][异常码][CRC低][CRC高]

常见异常码：

• 0x01：非法功能码（不支持的功能）
• 0x02：非法数据地址（地址不可用）
• 0x03：非法数据值（数据值超出范围）
• 0x04：从站设备故障（执行失败）

7、ModbusRTU vs ModbusTCP 对比

8、实际应用示例

8.1 、读取温度传感器数据

假设温度传感器地址为 1，温度值存储在保持寄存器 30001（对应 Modbus 地址 0x00）：

请求帧（主机→从站）：

01 03 00 00 00 01 84 0A

• 01：从站地址
• 03：读保持寄存器功能码
• 00 00：起始地址 0x0000
• 00 01：读取 1 个寄存器
• 84 0A：CRC 校验

响应帧（从站→主机）：

01 03 02 00 64 B9 9C

• 01：从站地址
• 03：功能码
• 02：字节数（2字节）
• 00 64：温度值 100（0.1℃ 分辨率 = 10.0℃）
• B9 9C：CRC 校验

8.2、 控制继电器输出

控制地址为 2 的设备的线圈 00001（对应 Modbus 地址 0x00）：

请求帧（写单个线圈 ON）：

02 05 00 00 FF 00 8C 3A

• 02：从站地址
• 05：写单个线圈功能码
• 00 00：线圈地址 0x0000
• FF 00：输出值 ON
• 8C 3A：CRC 校验

9、 调试工具推荐

10.、注意事项