Modbus通信协议的错误及解决办法

　　因为各种原因，传输过程中总会出现各种异常。Modbus有LRC/CRC校验，有响应返回，还有异常码，对于传输中出现的异常有一定的发现能力。但是Modbus本身不进行纠错，纠错和重传由开发者定义。
　　根据通信的原理，在一条不可靠的信道上传输的任何协议都不可能做到完全可靠。即使是一个比较可靠的协议，也会存在一些极端情况，这些情况一旦出现，会让协议的纠错机制完全失效。对此我们要小心谨慎，让这些极端情况出现的概率尽可能小。
　　分析一下Modbus通信协议可能出现的错误，发现主要有四个来源：
　　1）某个查询/响应的协议帧错误，可能是PDU错误，也可能是ADU错误，对于ASCII模式，还有可能是引导符和结束符错误；
　　2）某个查询/响应丢失，或者没在约定时间内送达，导致超时；
　　3）主机发出了错误的查询，如对不存在的寄存器进行读/写；
　　4）某个查询/响应的协议P***错误，而且错误的PDU是合法的，恰好LRC/CRC也发生错误，协议帧没有报错，导致错误的查询/响应被接收。这种情况的概率比较低，但在噪音比较大的环境里会出现。

　　对这些异常情况进行排列组合，得到协议的可能状态：
　　1、主机的查询从机正确收到，并做出了正常响应，主机接收到正常响应。
　　2、主机的查询从机正确收到，并做出了正常响应，但从机返回的响应丢失或者***扰产生了帧错误，主机等待超时。
　　3、（概率较低，这种情况主机无法纠错）主机的查询从机正确收到，并做出了正常响应，但从机返回的响应PDU传输错误，而且错误的PDU是合法的，恰好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，导致主机接收到了错误但合法的响应。
　　4、主机的查询从机正确收到，但是从机发现命令无法执行，返回异常响应，主机接收到包含异常码的响应。
　　5、主机的查询从机正确收到，但是从机发现命令无法执行，返回异常响应，但响应丢失或者包含帧错误，主机等待超时。
　　6、（概率极低，这种情况主机无法纠错，属于极端情况，不予考虑）主机的查询从机正确收到，但是从机发现命令无法执行，返回异常响应，但从机返回的响应PDU传输错误，恰好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，导致主机接收到了错误但合法的响应。
　　7、主机的查询从机没有收到，或从机发现收到的查询包含帧错误，从而不进行响应，主机等待超时。
　　8、（概率较低，但有可能导致从机执行错误的命令，对关键命令，需要小心这种情况的发生）主机的查询PDU传输错误，而且错误的PDU是合法的，恰好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，导致从机接收了错误的命令。从机返回了响应，主机接收到响应，发现响应是错误的。
　　9、（概率极低，但有可能导致从机执行错误的命令，对关键命令，需要小心这种情况的发生）主机的查询PDU传输错误，而且错误的PDU是合法的，恰好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，导致从机接收了错误的命令。从机返回了响应，但从机返回的响应丢失或者***扰产生了帧错误，主机等待超时。
　　10、（概率极低，这种情况主机无法纠错，属于极端情况，不予考虑）主机的查询PDU传输错误，而且错误的PDU是合法的，恰好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，导致从机接收了错误的命令。从机返回了响应，但从机返回的响应PDU传输错误，而且错误的PDU是合法的，恰好LRC/CRC同时发生了错误，协议帧没有报错，导致主机接收到了“正确”的响应。

　　考虑对这些情况进行处理：
　　情况1是正常通信，情况4是主机的问题，这里不考虑；
　　情况6和10出现的概率极低，而且很难纠错，这里也不考虑。
　　情况3出现的概率较低，但如果出现的话很难纠错。所以如果从机的响应结果很重要，最好多次重复查询，确保结果的准确。当然这属于主机端的事情，所以这里也不多说。
　　情况2、5、7、9从机响应超时，情况8从机响应错误，这几种情况主机都能发现错误，所以如果给主机增加重传机制，就可以提高这几种情况下的可靠性。但如果主机发送的是关键的控制命令，比如高压脉冲的开关，刹车系统的启动，这些命令如果传输错误，可能带来无法挽回的损失。这些关键的控制命令，需要准确的送达，光靠主机的出错重传无法保证其可靠性。要提高这些命令传输的可靠性，必须对从机程序进行修改。
　　TCP/IP协议是一个经典的可靠协议，其三次握手四次挥手和给数据段进行编号的机制广负盛名。这些机制，通过损失有限的速度，即可极大地提高可靠性。
　　控制命令在Modbus协议里的传输，也可以采用类似的机制。比如，采用写寄存器功能码+控制寄存器地址+执行计数的格式传输控制命令，而不用写寄存器功能码+控制寄存器地址+固定控制代码的格式。从机端和主机端分别对控制命令的执行次数计数，只有从机发现自己的计数器等于收到的执行计数-1时，才会执行，否则返回异常码0x03。主机收到异常后响应后，查询从机的计数器。如果主机之前已经发过这个命令，这次是因为错误或超时重传的，且从机的计数器等于于主机的计数器，说明从机已经执行过该命令了，主机结束这一次控制。如果从机的计数不等于主机的计数器或者主机的计数器-1，说明从机或主机可能发生了故障，这时可以通过写从机里的另一个寄存器来更新从机的计数器。