PDU, ADU와 기능 코드

Modbus 메시지는 두 겹입니다. 안쪽의 PDU(Protocol Data Unit)는 전송 방식과 무관하고, 바깥쪽의 ADU(Application Data Unit)는 전송 방식마다 다릅니다. 이 페이지는 MODBUS Application Protocol Specification V1.1b3의 §4.1 프로토콜 설명, §5 기능 코드 분류, §6 기능 코드 설명, §7 예외 응답을 근거로 합니다.

PDU

PDU는 기능 코드 1바이트와 데이터로 이뤄집니다. 최대 길이는 253바이트입니다.

+---------------+----------------------------+
| 기능 코드 1B   | 데이터 0~252B               |
+---------------+----------------------------+

보유 레지스터 0을 하나 읽는 요청과 응답은 다음과 같습니다.

요청 PDU   03 0000 0001      기능 03, 시작 주소 0, 수량 1
응답 PDU   03 02 002A        기능 03, 바이트 수 2, 값 0x002A(42)

보유 레지스터 0에 42를 쓰는 요청은 06 0000 002A이고, 정상 응답은 요청과 같은 5바이트입니다.

PDComm은 PDU를 16진수 문자열("0300000001")이나 바이트 배열([3,0,0,0,1])로 받습니다. 응답은 10진수 바이트 배열([3,2,0,42])로 돌려줍니다. MBAP 헤더, 유닛 주소, CRC·LRC는 PDU에 넣지 않습니다. 전송 계층이 붙이고 뗍니다.

ADU

ADU는 PDU 앞뒤에 주소와 오류 검사를 붙인 것입니다. 같은 읽기 요청이 전송 방식마다 다음처럼 보입니다.

전송	ADU 구조	최대 길이	같은 요청의 바이트
Modbus TCP	MBAP 헤더 7B + PDU	260B	`00 01 00 00 00 06 01` `03 00 00 00 01`
RTU	유닛 주소 1B + PDU + CRC 2B	256B	`01` `03 00 00 00 01` `84 0A`
ASCII	`:` + 16진 문자(주소, PDU, LRC) + CR LF	513자	`:010300000001FB` + CR LF

TCP의 MBAP 헤더는 Modbus TCP에서 설명합니다.
RTU의 CRC와 ASCII의 LRC는 직렬 회선: RTU와 ASCII에서 설명합니다.

기능 코드의 분류

명세 §5는 기능 코드를 세 가지로 나눕니다.

분류	범위	설명
공개(public)	1~~64, 73~~99, 111~127 중 정의된 코드	Modbus Organization이 정의하고 검증한 코드입니다.
사용자 정의(user-defined)	65~~72, 100~~110	제조사가 자유롭게 정의합니다. 다른 제조사 장비와 호환을 보장하지 않습니다.
예약(reserved)	그 밖의 일부 코드	일부 회사의 기존 제품이 사용하므로 새로 쓰지 않습니다.

128 이상은 예외 응답용입니다. 요청의 기능 코드에 0x80을 더한 값이 예외 응답의 기능 코드입니다.

PDComm이 지원하는 기능 코드

PDComm은 다음 19개 공개 기능 코드를 지원합니다. capabilities 명령의 functions 필드도 같은 목록을 돌려줍니다.

코드(10진/16진)	이름	명세	요청 PDU 예	PDComm 제한
1 / 0x01	Read Coils	§6.1	`0100000008`	수량 1~2000
2 / 0x02	Read Discrete Inputs	§6.2	`0200000008`	수량 1~2000
3 / 0x03	Read Holding Registers	§6.3	`0300000001`	수량 1~125
4 / 0x04	Read Input Registers	§6.4	`0400000001`	수량 1~125
5 / 0x05	Write Single Coil	§6.5	`050000FF00`	값은 `FF00`(켜짐) 또는 `0000`(꺼짐)
6 / 0x06	Write Single Register	§6.6	`060000002A`
7 / 0x07	Read Exception Status	§6.7	`07`	직렬 전용
8 / 0x08	Diagnostics	§6.8	`0800001234`	직렬 전용, 아래 표의 하위 기능
11 / 0x0B	Get Comm Event Counter	§6.9	`0B`	직렬 전용
12 / 0x0C	Get Comm Event Log	§6.10	`0C`	직렬 전용, 최근 이벤트 64개
15 / 0x0F	Write Multiple Coils	§6.11	`0F0000000801A5`	수량 1~1968
16 / 0x10	Write Multiple Registers	§6.12	`1000000001020009`	수량 1~123
17 / 0x11	Report Server ID	§6.13	`11`	직렬 전용
20 / 0x14	Read File Record	§6.14	`140706000100000001`	파일 번호 1 이상, 레코드 0~9999
21 / 0x15	Write File Record	§6.15	`1509060001000000010009`	모든 레코드 범위를 먼저 검사한 뒤 씁니다.
22 / 0x16	Mask Write Register	§6.16	`160000FF000055`	결과 = (현재값 AND And_Mask) OR (Or_Mask AND NOT And_Mask)
23 / 0x17	Read/Write Multiple Registers	§6.17	`170000000100000001020009`	읽기 1~~125, 쓰기 1~~121, 쓰기 후 읽기
24 / 0x18	Read FIFO Queue	§6.18	`180000`	큐 길이 최대 31, 읽어도 큐를 비우지 않습니다.
43 / 0x2B	Read Device Identification (MEI 14)	§6.21	`2B0E0100`	읽기 코드 1(basic)~4(individual)

직렬 전용 기능은 명세가 Serial Line 전용으로 정한 기능입니다. PDComm TCP 서버는 예외 01로 응답하고, PDComm TCP 클라이언트는 요청을 보내지 않고 Unsupported 오류를 돌려줍니다.
MEI 13(CANopen General Reference, §6.20)은 내용을 해석하지 않는 확장 인터페이스입니다. 기본 서버는 예외 01로 응답합니다.
사용자 정의 코드도 기본 서버에서는 예외 01입니다.

진단(FC 08) 하위 기능

진단 기능은 하위 기능 코드(sub-function) 2바이트와 데이터 2바이트를 보냅니다. PDComm은 다음 15개를 지원합니다.

하위 기능(10진/16진)	이름	요청 PDU	응답
0 / 0x0000	Return Query Data	`0800001234`	데이터를 그대로 돌려줍니다.
1 / 0x0001	Restart Communications Option	`0800010000`	응답한 뒤 통신을 재시작하고 카운터를 지웁니다. 데이터 `FF00`이면 이벤트 로그도 지웁니다.
2 / 0x0002	Return Diagnostic Register	`0800020000`	진단 레지스터 값
3 / 0x0003	Change ASCII Input Delimiter	`0800030A00`	응답한 뒤 ASCII 종료 문자를 바꿉니다.
4 / 0x0004	Force Listen Only Mode	`0800040000`	응답하지 않고 청취 전용 모드로 들어갑니다.
10 / 0x000A	Clear Counters and Diagnostic Register	`08000A0000`	카운터와 진단 레지스터를 지웁니다.
11 / 0x000B	Return Bus Message Count	`08000B0000`	버스에서 본 메시지 수
12 / 0x000C	Return Bus Communication Error Count	`08000C0000`	CRC·LRC 오류 수
13 / 0x000D	Return Bus Exception Error Count	`08000D0000`	보낸 예외 응답 수
14 / 0x000E	Return Server Message Count	`08000E0000`	이 서버 앞으로 온 메시지 수
15 / 0x000F	Return Server No Response Count	`08000F0000`	응답하지 않은 메시지 수
16 / 0x0010	Return Server NAK Count	`0800100000`	NAK 수
17 / 0x0011	Return Server Busy Count	`0800110000`	Busy 예외 수
18 / 0x0012	Return Bus Character Overrun Count	`0800120000`	문자 오버런 수
20 / 0x0014	Clear Overrun Counter and Flag	`0800140000`	오버런 카운터와 플래그를 지웁니다.

청취 전용 모드의 서버는 어떤 요청에도 응답하지 않습니다. 빠져나오는 방법은 하위 기능 1(Restart Communications Option)뿐이며, 이 요청에도 응답은 오지 않습니다.

예외 응답

서버가 요청을 처리할 수 없으면 예외 응답(exception response)을 보냅니다. 예외 응답 PDU는 2바이트입니다.

요청 PDU     03 FFFF 0001     주소 65535부터 1개 읽기
예외 응답    83 02            0x03 + 0x80, 예외 코드 02

명세 §7의 예외 코드는 다음과 같습니다.

코드	이름	의미
01	Illegal Function	서버가 이 기능 코드를 지원하지 않거나 지금 상태에서 허용하지 않습니다.
02	Illegal Data Address	주소, 또는 주소와 수량의 조합이 서버에 없습니다.
03	Illegal Data Value	요청 데이터의 값이나 길이가 올바르지 않습니다.
04	Server Device Failure	요청을 처리하다 복구할 수 없는 오류가 났습니다.
05	Acknowledge	오래 걸리는 요청을 받아들였습니다. 결과는 나중에 조회합니다.
06	Server Device Busy	서버가 다른 일을 처리하고 있습니다. 나중에 다시 보냅니다.
08	Memory Parity Error	파일 레코드 메모리에서 패리티 오류를 찾았습니다.
0A	Gateway Path Unavailable	게이트웨이에 해당 대상으로 가는 경로가 없습니다.
0B	Gateway Target Device Failed to Respond	게이트웨이가 대상 장비의 응답을 받지 못했습니다.

예외 응답은 정상적인 Modbus 응답입니다. PDComm에서 예외 응답을 받은 request나 execute는 호출 자체가 성공하고, 결과의 status가 exception입니다. 반면 연결 실패, 시간 초과, 잘못된 JSON, 라이선스 없는 connect는 호출이 실패합니다. C API는 pdcomm_modbus_call에서 PDCOMM_MODBUS_SERVICE_ERROR를 돌려주고, C++과 .NET은 예외를 던집니다.

{"ok":true,"result":{"response":[131,2],"source":"local","status":"exception"}}

PDComm 서버가 언제 어떤 예외를 보내는지는 예외 응답 문제 해결에 정리했습니다.

로컬 실행과 실제 통신

PDComm은 같은 PDU를 두 가지 방법으로 처리합니다. 결과의 source 필드로 구분합니다.

명령	`source`	처리
`execute`	`local`	연결 없이 엔드포인트 자신의 데이터 모델에서 실행합니다. 서버 동작을 확인하는 데 씁니다.
`request`	`wire`	연결된 클라이언트가 실제로 상대에게 보내고 응답을 받습니다.

local 결과는 통신 성공의 증거가 아닙니다. 실제 장비와 통신했는지는 wire 결과로 확인합니다.