大小端模式起源
大端(Big Endian)和小端(Little Endian)的概念源于計(jì)算機(jī)科學(xué)中的字節(jié)序問(wèn)題。大端模式中，數(shù)據(jù)的高位字節(jié)存儲(chǔ)在低地址，而小端模式則相反。這兩種模式的命名來(lái)源于Jonathan Swift的《格利佛游記》，其中描述了兩個(gè)國(guó)家因?yàn)槌噪u蛋的方式不同而發(fā)生的戰(zhàn)爭(zhēng)，這被用來(lái)形象地描述字節(jié)序的差異。
什么是MODBUS大小端？
MODBUS協(xié)議中的"大小端"是指數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的字節(jié)序，即多字節(jié)數(shù)據(jù)的字節(jié)如何排列。在MODBUS通信中，尤其是MODBUS RTU模式，使用的是大端模式(Big Endian)。下面通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明大端和小端的區(qū)別。
假設(shè)我們有一個(gè)16位的寄存器值0x1234，需要通過(guò)MODBUS RTU協(xié)議發(fā)送這個(gè)值。
大端模式(Big Endian)下：數(shù)據(jù)的高位字節(jié)(MSB)存儲(chǔ)在低地址處，低位字節(jié)(LSB)存儲(chǔ)在高地址處。以0x1234為例，它在內(nèi)存中的表示是：在MODBUS RTU協(xié)議中發(fā)送時(shí)，會(huì)先發(fā)送0x12，然后發(fā)送0x34。
①地址0x00: 0x12(高8位)
②地址0x01: 0x34(低8位)
小端模式(Little Endian)下：數(shù)據(jù)的低位字節(jié)存儲(chǔ)在低地址處，高位字節(jié)存儲(chǔ)在高地址處。同樣以0x1234為例，它在內(nèi)存中的表示是：如果一個(gè)使用小端模式的系統(tǒng)直接發(fā)送0x1234，它會(huì)先發(fā)送0x34，然后發(fā)送0x12。
①地址0x00: 0x34(低8位)
②地址0x01: 0x12(高8位)
大小端使用場(chǎng)景
在MODBUS通信中，主要有兩種協(xié)議：MODBUS RTU和MODBUS TCP。這兩種協(xié)議在字節(jié)序的使用上有所不同。
1、MODBUS RTU
它使用的是大端模式(Big Endian)。在MODBUS RTU協(xié)議中，所有的數(shù)據(jù)交換都是以大端字節(jié)序進(jìn)行的。這意味著在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)，高位字節(jié)(MSB)總是被發(fā)送或接收在前，低位字節(jié)(LSB)在后。例如，如果有一個(gè)16位的寄存器值0x1234，在MODBUS RTU中會(huì)先發(fā)送0x12，然后發(fā)送0x34。
2、MODBUS TCP
MODBUS TCP協(xié)議本身并不規(guī)定字節(jié)序，因?yàn)樗窃贗P網(wǎng)絡(luò)層面上運(yùn)行的，而IP網(wǎng)絡(luò)通信通常使用大端字節(jié)序。然而，當(dāng)MODBUS TCP用于與MODBUS RTU設(shè)備通信時(shí)，它通常會(huì)遵循MODBUS RTU的約定，即使用大端模式。這是因?yàn)镸ODBUS TCP通常作為MODBUS RTU數(shù)據(jù)的封裝，保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。
但是，如果MODBUS TCP用于其他上下文，比如在不同平臺(tái)或設(shè)備之間的通信，可能需要根據(jù)接收端的字節(jié)序來(lái)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。例如，如果一個(gè)使用小端字節(jié)序的設(shè)備接收到來(lái)自MODBUS TCP的數(shù)據(jù)，可能需要將數(shù)據(jù)從大端轉(zhuǎn)換為小端，以確保數(shù)據(jù)的正確解釋。
3、跨平臺(tái)數(shù)據(jù)交換
當(dāng)MODBUS通信涉及到不同硬件平臺(tái)或操作系統(tǒng)時(shí)，字節(jié)序問(wèn)題尤為重要。例如，如果一個(gè)使用小端字節(jié)序的PC機(jī)需要與使用大端字節(jié)序的嵌入式系統(tǒng)通信，就必須在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行字節(jié)序的轉(zhuǎn)換。
4、設(shè)備配置和診斷
在設(shè)備配置和診斷過(guò)程中，如果涉及到讀取或?qū)懭爰拇嫫髦?，這些值在MODBUS協(xié)議中是以大端字節(jié)序傳輸?shù)?。因此，即使設(shè)備內(nèi)部可能使用小端字節(jié)序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通信時(shí)也需要轉(zhuǎn)換為大端字節(jié)序。
C#大小端轉(zhuǎn)換函數(shù)
在C#中進(jìn)行MODBUS通信時(shí)，經(jīng)常需要進(jìn)行大小端字節(jié)序的轉(zhuǎn)換，因?yàn)镸ODBUS協(xié)議通常使用大端模式，而C#運(yùn)行的系統(tǒng)可能是小端模式。
從大端轉(zhuǎn)換為小端
public static ushort BigEndianToLittleEndian(ushort bigEndianValue)
{
return (ushort)((bigEndianValue << 8) | (bigEndianValue >> 8));
}
從小端轉(zhuǎn)換為大端
public static ushort LittleEndianToBigEndian(ushort littleEndianValue)
{
return(ushort)((littleEndianValue >> 8) | (littleEndianValue<<8));
}
總之，MODBUS協(xié)議的大小端問(wèn)題不僅僅是一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，它關(guān)系到整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)這些基礎(chǔ)知識(shí)的掌握將為工程師和開發(fā)者提供強(qiáng)大的支持，使他們能夠構(gòu)建更加智能、靈活和可靠的自動(dòng)化解決方案。正確處理字節(jié)序，將為工業(yè)4.0時(shí)代的智能系統(tǒng)鋪平道路。
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