区别：Modbus RTU 和 Modbus TCP

常用函数，如下：

//打印数组数据
static void printArray(const QString& title, qint64 dataLen, const uint8_t* data)
{
    QString strPrint;
    for (int i = 0; i < dataLen; i++)
    {
        strPrint += (QString("%1 ").arg(data[i], 2, 16, QChar('0')).toUpper());
    }
    qDebug() << title + " printArray:" << strPrint;
}

// 计算 Modbus RTU CRC16
static uint16_t calculateCRC(const char* data, size_t length)
{
    // printArray("[LightBoxCom]::calculateCRC", length, (uint8_t*)data);
    uint16_t crc = 0xFFFF;
    for (size_t i = 0; i < length; i++)
    {
        crc ^= data[i];
        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (crc & 0x0001)
            {
                crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
            }
            else
            {
                crc = crc >> 1;
            }
        }
    }
    return crc;
}

// 拼接字节 uint16_t
static uint16_t megerBytes(uchar back, uchar front)
{
    return static_cast<uint16_t>(front << 8 | back);
}

// 拼接字节 uint32_t
static uint32_t megerBytes(uchar back, uchar bMid, uchar fMid, uchar front)
{
    return static_cast<uint16_t>(front << 24 | fMid << 16 | bMid << 8 | back);
}

# Modbus RTU 与 Modbus TCP 的对比及适用场景
Modbus 是工业领域常用的**开放式通信协议**，主要用于控制器与传感器、执行器等设备之间的数据交互。Modbus RTU 和 Modbus TCP 是其最主流的两个分支，核心功能都是实现 “主从式数据通信”，但在**物理层、传输层、通信效率、适用场景**等维度存在本质区别。以下从 7 个核心维度展开对比，并补充关键应用建议。

 

### 一、核心区别：7 个维度对比
| 对比维度 | Modbus RTU | Modbus TCP |
| --------- | ------------------------------------ | ----------------------------------------- |
| **协议层级** | 仅覆盖 “物理层 + 数据链路层”（基于串行通信） | 覆盖 “物理层 + 网络层 + 传输层”（基于 TCP/IP 协议栈） |
| **物理介质** | 双绞线（如 RS-485、RS-232）、同轴电缆 | 以太网网线（CAT5/CAT6）、光纤、无线以太网 |
| **通信方式** | 半双工（同一时间只能发或收，需总线仲裁） | 全双工（同一时间可同时收发，无需仲裁） |
| **数据帧结构** | 紧凑，含 “地址码 + 功能码 + 数据 + CRC 校验”（无 IP） | 基于 TCP 报文，含 “MBAP 报文头 + RTU 帧”（需 IP + 端口） |
| **传输速率** | 依赖波特率（常见 9600\~115200 bps），速率较低 | 依赖以太网带宽（100Mbps/1Gbps），速率极高 |
| **通信距离** | 短（RS-485 最大 1200 米，需中继器扩展） | 长（可跨网段、跨互联网，依赖路由 / 交换机） |
| **设备地址** | 用 “从站地址码”（1\~247 的整数，仅总线内唯一） | 用 “IP 地址 + 端口号”（默认 502 端口，全局可定位） |
| **抗干扰能力** | 强（RS-485 采用差分信号，抗电磁干扰） | 较弱（以太网为共模信号，需做好接地防护） |
| **连接数限制** | 有限（RS-485 总线最多 32 个从站，需中继器扩展） | 无明确限制（取决于主站 TCP 连接池和从站性能） |

### 二、关键技术细节解析

#### 1. 数据帧结构：为什么 RTU 更 “轻”，TCP 更 “通用”？
* **Modbus RTU 帧**：专为串行通信设计，结构极简（无额外开销），示例：
```
地址码(1字节) + 功能码(1字节) + 数据(n字节) + CRC校验(2字节)
```
例：主站读取从站 1 的 “保持寄存器（地址 40001）”，帧为 `01 03 00 00 00 01 84 0A`
特点：**传输效率高**（无冗余数据），但仅能在串行总线内识别设备（依赖地址码）。

* **Modbus TCP 帧**：基于 TCP 报文，在 RTU 帧基础上增加 “MBAP 报文头”（用于网络定位），示例：
```
MBAP头(7字节) + RTU帧(n字节)

MBAP头包含：事务处理ID(2) + 协议ID(2，0000表示Modbus) + 长度(2) + 从站地址(1)
```
例：同上读取操作，TCP 帧为 `00 01 00 00 00 06 01 03 00 00 00 01`
特点：**兼容 RTU 核心逻辑**（只需封装 MBAP 头），可通过 IP 在全球网络中定位设备，但增加了少量网络开销。

 

#### 2. 通信可靠性：半双工 vs 全双工，谁更不容易丢包？
* **Modbus RTU（半双工）**：

所有设备共享一条总线，同一时间只能有一个设备发送数据（主站主导，从站仅在被呼叫时回复）。

风险：若总线内有设备异常发送（如故障），会导致**总线堵塞**（需通过 “总线仲裁” 或 “超时重发” 解决）。

优势：差分信号（RS-485）抗干扰强，适合工业现场（如车间、厂房内）的短距离通信。

* **Modbus TCP（全双工）**：

基于以太网的 “点对点连接”，主站与每个从站通过独立的 TCP 连接通信，可同时收发数据。

风险：以太网为共模信号，易受电磁干扰（如电机、变频器的干扰），可能导致**数据包丢失**（需依赖 TCP 的 “重传机制” 修复）。

优势：支持 “多主站”（RTU 仅支持 1 个主站），可跨网络远程通信（如总部监控异地工厂设备）。

### 三、适用场景：怎么选？

#### 1. 优先选 Modbus RTU 的场景
* **工业现场短距离设备互联**：如车间内的 PLC、变频器、传感器（距离≤1200 米），需抗电磁干扰。

* **低带宽需求场景**：仅需传输少量数据（如温湿度、压力值），对速率要求不高（≤115200 bps 足够）。

* **低成本部署**：无需以太网设备（如交换机、路由器），仅需 RS-485 总线和双绞线，硬件成本低。

#### 2. 优先选 Modbus TCP 的场景
* **跨区域 / 远程监控**：如总部监控多地工厂的设备，或通过 4G/5G 模块实现设备联网（需 IP 地址）。

* **高带宽 / 多设备场景**：如需要同时连接数百个传感器（如智能楼宇、大型水厂），或传输大量数据（如视频 + 传感器数据）。

* **兼容 IT 系统**：需与上位机（如 SCADA、MES 系统）、云平台（如阿里云、AWS）对接（TCP/IP 是通用网络协议，易集成）。

### 四、常见问题：RTU 和 TCP 能否互通？

可以！通过**协议转换器（网关）** 实现：
* 原理：网关一侧接 RS-485 总线（与 RTU 设备通信），另一侧接以太网（与 TCP 主站通信），自动完成 “RTU 帧↔TCP 帧” 的转换。

* 应用场景：老工厂改造（保留原有 RTU 设备，新增 TCP 远程监控功能），或混合网络（部分设备用 RTU，部分用 TCP）。

### 五、总结：核心差异一句话概括
* **Modbus RTU**：“工业现场的专用线”—— 短距离、抗干扰、低成本，适合封闭的串行总线网络；

* **Modbus TCP**：“工业互联网的通用路”—— 长距离、高带宽、易集成，适合跨网络的智能互联场景。

选择时需重点关注：**通信距离、设备数量、抗干扰需求、是否需要远程监控**这 4 个核心因素。