Modbus

1979년 Modicon이 만든 산업용 마스터-슬레이브 프로토콜. 단순함 덕분에 40년 넘게 현역이다.

변형

	물리 계층	특징
Modbus RTU	RS-485/232	이진 형식. 가장 널리 쓰임
Modbus ASCII	RS-485/232	텍스트 형식. 사람이 읽기 쉽지만 2배 크기
Modbus TCP	이더넷	포트 502. CRC 대신 TCP가 보장

데이터 모델 — 네 종류

                     읽기  쓰기   크기
Coil                  ○    ○     1비트   (출력 릴레이)
Discrete Input        ○    ✗     1비트   (입력 센서)
Input Register        ○    ✗     16비트  (아날로그 입력)
Holding Register      ○    ○     16비트  (설정값, 범용)   ← 가장 많이 사용

모든 값이 1비트 또는 16비트다. 32비트 값이나 float는 레지스터 2개를 이어 붙여 표현하며, 이 순서가 표준에 없다.

float 3.14 를 2개 레지스터로 → 어느 워드가 먼저인가? big-endian / little-endian / word-swapped 조합으로 4가지

장비마다 다르다. "값이 이상하게 나온다"면 워드 순서를 바꿔 본다. 실무에서 가장 자주 겪는 Modbus 문제다.

주요 기능 코드

0x01 Read Coils 0x02 Read Discrete Inputs

0x03 Read Holding Registers — ← 가장 많이 쓴다 0x04 Read Input Registers 0x05 Write Single Coil 0x06 Write Single Register 0x10 Write Multiple Registers

RTU 프레임

[슬레이브주소 1B][기능코드 1B][데이터 n B][CRC16 2B]

프레임 구분은 침묵 시간으로 한다 ★
3.5 문자 시간 이상 조용하면 프레임 끝

★ 시간 기반 프레이밍이 RTU의 특징이자 구현 난점이다.

9600bps 에서 1문자 = 약 1.04ms 3.5문자 = 약 3.65ms 동안 조용하면 프레임 종료

구현 방법

// UART IDLE 인터럽트 + DMA 가 가장 깔끔하다
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart, buf, SIZE);
// 또는 타이머로 3.5문자 시간을 측정

바이트마다 인터럽트를 받아 타이머를 재시작하는 방식은 고속에서 CPU 부하가 크다. IDLE + DMA가 실무 표준이다.

주소 표기의 혼란 — 매우 흔한 함정

전통적 표기(1 기반)          프로토콜 주소(0 기반)
40001 = Holding Register  →  주소 0
40002                     →  주소 1
30001 = Input Register    →  주소 0

장비 매뉴얼이 40001이라고 쓰면 실제로는 주소 0을 요청해야 한다. "1 차이로 값이 안 맞는다"면 이것이다.

매뉴얼마다 0 기반인지 1 기반인지 다르게 표기하므로, 실제로 읽어 보고 확인하는 것이 확실하다.

예외 응답

정상 응답 : 기능 코드 그대로 (예: 0x03) 예외 응답 : 기능 코드 + 0x80 (예: 0x83) + 예외 코드

0x01 Illegal Function — — 지원하지 않는 기능
0x02 Illegal Data Address — — 없는 주소 ← 가장 흔하다
0x03 Illegal Data Value — — 값 범위 초과
0x06 Slave Device Busy — — 나중에 재시도

최상위 비트가 켜져 있으면 예외 응답이다. 이것을 확인하지 않고 데이터로 파싱하면 엉뚱한 값을 읽는다.

한계 — 알고 쓰면 문제없다

❌ 보안 없음 — 인증·암호화가 전혀 없다. 폐쇄망 전제 ❌ 실시간성 없음 — 마스터 폴링 방식. 이벤트 통지 불가 ❌ 주소 공간 제한 — 슬레이브당 65536 레지스터 ❌ 단일 마스터 — 마스터가 죽으면 통신 정지 ❌ 데이터 타입 없음 — 16비트 워드가 전부. 의미는 문서로 약속

"단순해서 살아남았다" 는 것이 Modbus의 성격이다. 기능이 부족한 것이 아니라, 부족함이 곧 이식성과 상호 운용성을 만들었다.

실무 팁

✅ 폴링 주기를 슬레이브 응답 시간보다 여유 있게 ✅ 타임아웃과 재시도 횟수를 설정 (보통 3회) ✅ 연속된 레지스터는 한 번에 읽는다 (0x03으로 여러 개)

개별 요청보다 훨씬 빠르다 ✅ 통신 오류 카운터를 두어 회선 품질을 모니터링 ✅ 브로드캐스트(주소 0)는 응답이 없다 — 확인이 불가능

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