什么是 MODCAR？
MODCAR是一个面向工业现场总线与以太网的并发通信协议。它的名字由两部分组成：
MOD—— 致敬经典的 Modbus 协议，继承了其功能码、寄存器/位操作等易用特性。
CAR——ConcurrentAccess &Response（并发访问与响应）的缩写，寓意像一辆灵活的小汽车（Car），而不是按固定路线停靠的公交车（Bus），可以一次携带多个命令，让所有设备同时接收、按顺序回复。
为什么需要 MODCAR？
传统 Modbus 采用“一问一答”的轮询方式：主站依次询问每个从站，总线利用率低，命令到达时间差大，无法满足多轴同步启动、分布式 IO 批量采集等需求。EtherCAT 等实时以太网虽快，但需要专用硬件且成本较高。
MODCAR 在保留 RS‑485 和以太网廉价物理层的前提下，设计了一种复合帧结构：一帧内可包含发给不同从站的多个子请求，所有从站同时收到命令，然后按主站指定的顺序依次返回响应。它实现了：
一帧多命令：减少总线往返次数。
命令同时到达：所有从站在同一时刻收到指令，没有轮询时间差。
响应有序：主站可自由指定回复顺序，从站无需地址排序。
实现简单：仅需微控制器 UART 或 Socket 编程，无需专用芯片。
MODCAR 帧格式（统一版）
MODCAR 同时支持RTU（RS‑485 串行）和TCP/UDP（以太网），两种版本使用完全相同的帧结构，且都保留CRC16校验，确保数据完整性。
主站请求帧
| Len (1B) | N_sub (1B) | 跳转表 (N_sub×1B) | 子请求1 | 子请求2 | ... | 子请求N | CRC16 (2B) |
Len：1 字节，表示从
N_sub开始到最后一个子请求末尾的总字节数（不包含 Len 自身和 CRC）。最大 255，满足多数现场总线。N_sub：子请求个数（1~247）。
跳转表：N 个 1 字节的绝对偏移量。第 i 个值表示第 i 个子请求的起始字节位置（从帧的第一个字节，即 Len 所在位置算起）。
子请求：
[从站地址] [功能码] [参数]（地址和数据均为字，即 2 字节，大端序）。CRC16：对
N_sub到最后一个子请求末尾的所有字节计算（多项式 CRC‑16‑CCITT，初值 0xFFFF）。
从站响应帧
| Len (1B) | 从站地址 | 功能码 | 响应数据 | CRC16 (2B) |
Len：表示从站地址到响应数据末尾的字节数（不含 CRC）。
响应数据：
写操作成功：
0x06写操作失败：
0x08（地址/数据非法）或0x09（忙碌/拒绝）读操作成功：读取的数据（长度随功能码变化）
异常：
[Len] [地址] [功能码|0x80] [异常码] CRC
功能码定义（字单位，1字=2字节）
| 码 | 操作 | 请求参数（字节） | 成功响应数据 |
|---|---|---|---|
| 0x01 | 读1字 | [字地址2B] | [数据2B] |
| 0x02 | 读连续2字 | [起始地址2B] | [数据1 2B][数据2 2B] |
| 0x03 | 读N字 | [起始地址2B][字数1B] | [字节数=2N][数据...] |
| 0x04 | 读不连续字 | [数量M1B][地址1 2B]...[地址M 2B] | [字节数=2M][数据1 2B]...[数据M 2B] |
| 0x05 | 读1位 | [字地址2B][位掩码1B] | [位值0/1] |
| 0x11 | 写1字 | [字地址2B][数据2B] | 0x06 |
| 0x12 | 写连续2字 | [起始地址2B][数据1 2B][数据2 2B] | 0x06 |
| 0x13 | 写N字 | [起始地址2B][字数1B][数据...] | 0x06 |
| 0x14 | 写不连续字 | [数量M1B][地址1 2B][数据1 2B]... | 0x06 |
| 0x15 | 写1位 | [字地址2B][位掩码1B][位值0/1] | 0x06 |
位掩码只有 1 个 bit 为 1，例如
0x04表示 bit2。
从站处理流程（六步法）
接收完整帧：根据 Len 字节确定帧长度，收齐所有字节（含 CRC）。
查找自己的 ID 与排名：遍历跳转表指向的地址，若匹配则记录排名序号（第几个子请求）和起始偏移。
CRC 校验：全局校验，错误则丢弃此帧，不发送任何响应。
截取自己的子请求：从偏移处读取功能码和参数。
执行命令：根据功能码进行读/写操作，准备好响应数据（含 Len 字段）。
按排名顺序发送响应：
排名为 1：在帧结束后的最短帧间隔（RTU 为 3.5 字符时间）后立即发送。
排名 > 1：监听总线，等待前一个排名的从站响应结束，然后发送自己的响应。
这样，从站无需关心地址大小，完全由主站通过子请求顺序控制响应次序。
实例：一帧控制三个从站
场景：主站同时向三个从站下达命令，从站地址分别为 0x01、0x03、0x05。
从站 0x01：写 1 个字到地址 0x0001，数据 0x0002。（功能码 0x11）
从站 0x03：写 2 个连续字，从地址 0x0002 开始，数据 0x0000、0x0001。（功能码 0x12）
从站 0x05：读 1 个字，地址 0x0004。（功能码 0x01）
主站请求帧（十六进制）
首先构造子请求原始字节：
子请求1：
01 11 00 01 00 02（6 字节）子请求2：
03 12 00 02 00 00 00 01（8 字节）子请求3：
05 01 00 04（4 字节）
总子请求长度 = 6+8+4 = 18 字节。N_sub = 3，跳转表需要 3 个 1 字节偏移。
跳转表 = [4, 10, 18]（因为 Len 占 1 字节，N_sub 占 1 字节，跳转表占 3 字节，共 5 字节前缀；子请求1 从偏移 5 开始？注意：从帧首字节（Len）算起，偏移 0 是 Len，偏移1 是 N_sub，偏移2~4 是跳转表。所以子请求1 的起始偏移 = 5，子请求2 = 5+6=11，子请求3 = 11+8=19。但为了与常见例子一致，我们使用绝对偏移，此处按实际计算。）
重新计算：
Len = 1(N_sub) + 3(跳转表) + 18(子请求总长) = 22 →
0x16跳转地址：
子请求1 从字节索引 5 开始（Len 索引0，N_sub索引1，跳转表索引2~4） → 5
子请求2 从 5+6=11 → 11
子请求3 从 11+8=19 → 19
跳转表字节：
05 0B 13
最终请求帧（不含 CRC）：
16 03 05 0B 13 01 11 00 01 00 02 03 12 00 02 00 00 00 01 05 01 00 04
最后附加 CRC16（假设计算值为XX YY）。
从站响应（假设全部成功）
响应顺序由子请求顺序决定：先响应地址 01，再地址 03，最后地址 05。
从站 01（写成功）：
03 01 11 06+ CRC从站 03（写成功）：
03 03 12 06+ CRC从站 05（读成功，读出 0x1234）：
04 05 01 12 34+ CRC
主站依次收到这三个响应帧，通过 Len 字段可正确解析每个响应的边界。
RTU 与 TCP 的区别
| 项目 | MODCAR‑RTU | MODCAR‑TCP/UDP |
|---|---|---|
| 物理层 | RS‑485 半双工 | 以太网全双工 |
| 帧边界 | Len + 空闲时间（3.5字符） | Len（TCP流需拆包，UDP一个报文一帧） |
| 一帧多从 | 广播到所有从站 | UDP广播/组播可达到同样效果；TCP需分别发送 |
| 响应冲突 | 从站按排名顺序+总线监听避让 | 无冲突（独立连接或UDP独立响应） |
| CRC | 必须 | 建议保留（统一且开销很小） |
错误处理
全局 CRC 错：所有从站丢弃整帧，无响应。主站超时后重发。
子请求执行错误：从站返回
[Len] [地址] [功能码|0x80] [异常码] CRC，主站记录并决定是否重试。响应超时：如果主站在预期时间内未收到某个排名的响应，则跳过，继续等待下一个排名，超时结束后统一处理缺失。
总结
MODCAR 是一个轻量级、高效率的工业通信协议，它继承了 Modbus 的易用性，通过复合帧+跳转表+按序响应的设计，实现了“一帧多命令、命令同时到达、响应有序”。无论是老旧 RS‑485 网络还是现代以太网，都可以轻松部署 MODCAR，显著提升多设备协同控制的表现。如果你正在寻找一种比 Modbus 更高效、比 EtherCAT 更简单的协议，不妨试试 MODCAR —— 这辆灵活的小汽车。
MODCAR 协议版本 1.0
开源、免费、欢迎使用和改进
