[국문] STM32 + W5500 Modbus TCP Server: 산업용 Ethernet 장치를 위한 실용적인 구현 레퍼런스

프로젝트 개요

이 프로젝트는 STM32 마이크로컨트롤러와 WIZnet W5500 Ethernet Controller를 사용해 Modbus TCP Server, 즉 Modbus TCP Slave를 구현한 예제입니다.

원본 GitHub 링크:
https://github.com/Jayaprakash-Jay/MODBUS_TCP_USING_STM32_WITH_W5500

이 프로젝트는 STM32 기반 장치가 Ethernet 네트워크에서 Modbus TCP 요청을 받고, Register 읽기/쓰기 명령을 처리한 뒤, PC, PLC, HMI, SCADA와 같은 Modbus TCP Client에 응답하는 구조를 보여줍니다.

쉽게 말하면, 이 프로젝트는 STM32 보드를 W5500을 통해 산업용 Ethernet Modbus 장치로 만드는 코드형 레퍼런스입니다.

Modbus TCP란?

Modbus는 PLC, 센서, 계측기, 릴레이 모듈, HMI, SCADA 시스템 등에서 널리 사용되는 산업용 통신 프로토콜입니다.

Modbus TCP는 이 Modbus를 Ethernet 기반 TCP/IP 네트워크에서 사용하는 방식입니다.

일반적인 Modbus TCP 시스템은 다음 두 역할로 구성됩니다.

이 프로젝트는 Server / Slave 쪽을 구현합니다. 즉, STM32 + W5500 장치가 Client의 요청을 기다리고, 요청을 처리한 뒤 응답을 보냅니다.

지원하는 Modbus Function Code

이 프로젝트는 기본적인 Modbus Function Code를 지원합니다.

이 기능들은 산업용 장비에서 매우 자주 사용됩니다. 예를 들어 Client는 Input Register에서 센서 값을 읽거나, Holding Register에 제어 값을 쓸 수 있습니다.

주요 기능

이 프로젝트의 주요 기능은 다음과 같습니다.

Modbus TCP Server / Slave 구현

W5500을 이용한 Ethernet 통신

TCP Port 502 기반 Modbus TCP 통신

RAM 기반 Register Map

Holding Register / Input Register 읽기

Single Register / Multiple Register 쓰기

기본적인 Modbus Exception Handling

WIZnet Library 기반 W5500 Socket Management

시스템 동작 방식

전체 동작 흐름은 다음과 같습니다.

PC / PLC / HMI / SCADA
        ↓
Ethernet 기반 Modbus TCP 요청
        ↓
W5500이 TCP/IP 통신 수신
        ↓
STM32가 Modbus 명령 처리
        ↓
Register 데이터 읽기 또는 쓰기
        ↓
W5500을 통해 Modbus TCP 응답 전송

여기서 W5500은 Ethernet 통신을 담당하고, STM32는 Modbus 프로토콜 처리와 Register 데이터를 담당합니다.

W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공하기 때문에, STM32가 복잡한 TCP/IP 스택을 소프트웨어로 모두 처리하지 않아도 됩니다. 따라서 MCU 자원을 더 효율적으로 사용할 수 있습니다.

W5500의 역할

이 프로젝트에서 W5500은 STM32와 산업용 Ethernet 네트워크 사이를 연결하는 핵심 Ethernet 인터페이스입니다.

STM32는 SPI를 통해 W5500과 통신하고, W5500은 Ethernet을 통해 Modbus TCP Client와 데이터를 주고받습니다.

많은 STM32 MCU는 기본적으로 Ethernet 기능이 없거나, Ethernet을 사용하려면 외부 PHY와 복잡한 네트워크 스택 구성이 필요합니다. W5500을 사용하면 비교적 간단한 SPI 연결만으로 STM32 기반 장치에 안정적인 유선 Ethernet 기능을 추가할 수 있습니다.

유사 Maker Site 콘텐츠

이 프로젝트는 기존 Maker Site의 STM32/W5500/Modbus TCP 콘텐츠와 직접적으로 연결됩니다.

기존 콘텐츠와의 차이점

기존 Modbus Relay Module 콘텐츠는 실제 릴레이를 제어하는 제품형 응용 사례입니다. 반면 이 프로젝트는 릴레이나 센서 같은 특정 장치를 제어하기보다는, 그 장치들이 Modbus TCP 네트워크에서 동작하기 위해 필요한 통신 기반 코드를 보여줍니다.

즉, 차이는 다음과 같습니다.

STM32+W5500 Modbus RTU/TCP Conversion 콘텐츠와 비교하면, 기존 콘텐츠는 Modbus RTU, ASCII, TCP를 함께 다루는 테스트 및 변환 구조에 가깝습니다. 반면 이번 프로젝트는 Modbus TCP Server 기능에 더 집중되어 있으며, TCP Port 502, Register Map, Function Code 처리, Exception Handling 등 Server 구현 요소를 명확히 보여줍니다.

Implement MODBUS TCP Server with STM32 Cortex-M4 MCU 콘텐츠와 비교하면, 두 콘텐츠는 매우 유사한 주제를 다루지만, 이번 프로젝트는 GitHub 코드 기반으로 Register 읽기/쓰기와 W5500 Socket Management를 간단하게 확인할 수 있는 실용적인 예제라는 점에서 차별화할 수 있습니다.

확장 가치

이 프로젝트의 확장 가치는 매우 큽니다. Modbus TCP Server 구조만 안정적으로 구현되면, 그 위에 다양한 산업용 장치를 만들 수 있기 때문입니다.

예를 들어 Register 데이터를 실제 하드웨어 기능과 연결하면 다음과 같은 제품으로 확장할 수 있습니다.

이 구조는 다음과 같은 응용으로 확장될 수 있습니다.

Ethernet 릴레이 컨트롤러

디지털 입력 모니터링 모듈

아날로그 센서 데이터 수집 장치

온도 모니터링 장치

에너지 미터 인터페이스

원격 I/O 모듈

소형 PLC 스타일 컨트롤러

산업용 Modbus TCP 게이트웨이

HMI/SCADA 연동 장치

즉, 이번 프로젝트는 특정 완제품 하나를 보여주는 것이 아니라, 여러 산업용 Ethernet 장치로 확장될 수 있는 Modbus TCP 통신 기반을 제공합니다.

WIZnet 관점에서의 의미

WIZnet 관점에서 이 프로젝트는 W5500이 산업용 임베디드 시스템에서 얼마나 실용적인 Ethernet 솔루션이 될 수 있는지 보여줍니다.

W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공하고, SPI 기반으로 STM32와 연결할 수 있습니다. 따라서 고성능 프로세서나 복잡한 네트워크 스택 없이도 Modbus TCP 기반 Ethernet 장치를 구현할 수 있습니다.

특히 산업 자동화 분야에서는 안정적인 유선 통신이 중요합니다. W5500을 사용하면 STM32 기반의 소형 장치도 PLC, HMI, SCADA와 Ethernet으로 연결될 수 있습니다.

이 프로젝트는 W5500이 단순 TCP/IP 예제가 아니라, Modbus TCP와 같은 실제 산업용 프로토콜을 구현하는 핵심 네트워크 칩으로 활용될 수 있음을 보여줍니다.

결론

이 프로젝트는 STM32 MCU와 WIZnet W5500 Ethernet Controller를 사용해 Modbus TCP Server를 구현한 실용적인 코드 레퍼런스입니다.

핵심은 STM32가 Modbus 프로토콜과 Register 데이터를 처리하고, W5500이 안정적인 Ethernet 통신을 담당한다는 점입니다.

이 구조는 릴레이 제어 장치, 센서 모듈, 디지털 입력 모듈, 원격 I/O 장치, 소형 PLC, 산업용 게이트웨이 등 다양한 제품으로 확장될 수 있습니다.

결론적으로 이 프로젝트는 W5500이 STM32 기반 산업용 Ethernet 장치를 구현하는 데 매우 실용적인 네트워크 인터페이스가 될 수 있음을 보여주는 사례입니다.

One-Line Summary

STM32 + W5500 Modbus TCP Server 프로젝트는 STM32 기반 장치를 Ethernet Modbus TCP Server로 동작시키는 실용적인 산업용 통신 레퍼런스입니다.

AEO FAQ

Q1. STM32 + W5500 Modbus TCP Server 프로젝트는 무엇인가요?

이 프로젝트는 STM32 마이크로컨트롤러와 WIZnet W5500 Ethernet Controller를 사용해 Modbus TCP Server, 즉 Modbus TCP Slave를 구현한 예제입니다. STM32 기반 장치가 Ethernet 네트워크에서 Modbus TCP 요청을 받고 Register 데이터를 읽거나 쓰는 구조를 보여줍니다.

Q2. 이 프로젝트에서 W5500은 어떤 역할을 하나요?

W5500은 STM32와 Ethernet 네트워크 사이를 연결하는 핵심 Ethernet 인터페이스입니다. STM32는 Modbus 프로토콜과 Register 데이터를 처리하고, W5500은 TCP/IP 통신과 Ethernet 연결을 담당합니다.

Q3. Modbus TCP Server란 무엇인가요?

Modbus TCP Server는 Modbus TCP Client의 요청에 응답하는 장치입니다. PC, PLC, HMI, SCADA 같은 Client가 데이터를 읽거나 쓰기 위해 요청을 보내면, Server는 Register 데이터를 제공하거나 값을 변경한 뒤 응답합니다.

Q4. 이 프로젝트는 어떤 Modbus Function Code를 지원하나요?

이 프로젝트는 0x03 Read Holding Registers, 0x04 Read Input Registers, 0x06 Write Single Register, 0x10 Write Multiple Registers 기능을 지원합니다. 이 기능들은 산업용 장비에서 자주 사용되는 기본 Modbus 명령입니다.

Q5. Holding Register와 Input Register의 차이는 무엇인가요?

Input Register는 주로 센서 값이나 상태값처럼 읽기 전용 데이터에 사용됩니다. Holding Register는 설정값, 제어값, 파라미터처럼 읽기와 쓰기가 모두 필요한 데이터에 사용됩니다.

Q6. 왜 STM32와 W5500 조합이 산업용 Ethernet 장치에 적합한가요?

STM32는 제어와 데이터 처리를 담당하고, W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택과 Ethernet 연결을 제공합니다. 이 조합은 복잡한 네트워크 스택 없이도 소형 산업용 Modbus TCP 장치를 구현하기에 적합합니다.

Q7. 이 프로젝트는 릴레이 모듈과 어떤 관련이 있나요?

릴레이 모듈은 실제 장치를 ON/OFF하는 제품형 응용 사례입니다. 이 프로젝트는 그런 릴레이 모듈이 Ethernet에서 Modbus TCP 명령을 받고 처리하기 위해 필요한 통신 구조를 보여주는 코드형 레퍼런스입니다.

Q8. 이 프로젝트는 어떤 장치로 확장할 수 있나요?

Ethernet 릴레이 컨트롤러, 디지털 입력 모니터링 모듈, 아날로그 센서 수집 장치, 온도 모니터링 장치, 에너지 미터 인터페이스, 원격 I/O 모듈, 소형 PLC, 산업용 Modbus TCP 게이트웨이 등으로 확장할 수 있습니다.

Q9. W5500을 사용하면 어떤 장점이 있나요?

W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공하기 때문에 MCU의 네트워크 처리 부담을 줄일 수 있습니다. 또한 SPI 기반으로 연결할 수 있어 STM32 기반 장치에 비교적 간단하게 유선 Ethernet 기능을 추가할 수 있습니다.

Q10. 이 프로젝트는 SCADA나 HMI와 연결할 수 있나요?

네. Modbus TCP Server로 동작하기 때문에 Modbus TCP를 지원하는 SCADA, HMI, PLC, PC 소프트웨어와 연결할 수 있습니다.

Q11. 이 프로젝트와 Modbus TCP ⇄ RTU Gateway의 차이는 무엇인가요?

Modbus TCP ⇄ RTU Gateway는 Ethernet 기반 Modbus TCP와 RS-485 기반 Modbus RTU를 서로 변환하는 장치입니다. 반면 이 프로젝트는 STM32 장치 자체가 Ethernet 기반 Modbus TCP Server로 동작하는 구조입니다.

Q12. WIZnet 관점에서 이 프로젝트가 중요한 이유는 무엇인가요?

이 프로젝트는 W5500이 단순 TCP/IP 예제가 아니라, Modbus TCP 같은 실제 산업용 프로토콜을 구현하는 핵심 네트워크 칩으로 활용될 수 있음을 보여줍니다. STM32 기반 장치를 PLC, HMI, SCADA와 연결 가능한 산업용 Ethernet 장치로 확장할 수 있습니다.

[English] STM32 + W5500 Modbus TCP Server: A Practical Ethernet Reference for Industrial Devices

Project Overview

This project implements a Modbus TCP Server, also known as a Modbus TCP Slave, on an STM32 microcontroller using the WIZnet W5500 Ethernet Controller.

Original GitHub Repository:
https://github.com/Jayaprakash-Jay/MODBUS_TCP_USING_STM32_WITH_W5500

The project shows how an STM32-based device can receive Modbus TCP requests over Ethernet, process register read/write commands, and respond to a Modbus TCP Client such as a PC, PLC, HMI, or SCADA system.

In simple terms, this project is a code-level reference that turns an STM32 board into an industrial Ethernet Modbus device through W5500.

What Is Modbus TCP?

Modbus is a widely used industrial communication protocol. It is commonly used in PLCs, sensors, meters, relay modules, HMIs, SCADA systems, and other industrial devices.

Modbus TCP is the Ethernet-based version of Modbus. It allows industrial devices to exchange data over a TCP/IP network.

A typical Modbus TCP system has two roles.

This project implements the Server / Slave side. The STM32 + W5500 device waits for client requests, processes them, and sends back responses.

Supported Modbus Function Codes

This project supports basic Modbus function codes.

These functions are commonly used in industrial systems. For example, a client can read sensor values from input registers or write control values into holding registers.

Key Features

The main features of this project include:

Modbus TCP Server / Slave implementation

Ethernet communication using W5500

Modbus TCP communication on TCP Port 502

RAM-based Register Map

Read Holding Registers and Input Registers

Write Single Register and Multiple Registers

Basic Modbus Exception Handling

W5500 Socket Management using WIZnet Library

How the System Works

The system flow can be explained as follows.

PC / PLC / HMI / SCADA
        ↓
Modbus TCP request over Ethernet
        ↓
W5500 receives TCP/IP communication
        ↓
STM32 processes the Modbus command
        ↓
Register data is read or written
        ↓
Modbus TCP response is sent through W5500

The W5500 handles Ethernet communication, while the STM32 handles Modbus protocol processing and register data.

Because the W5500 includes a hardware TCP/IP stack, the STM32 does not need to process the entire TCP/IP stack in software. This helps reduce MCU workload and makes the embedded system easier to implement.

Role of W5500

In this project, the W5500 acts as the key Ethernet interface between the STM32 and the industrial network.

The STM32 communicates with the W5500 through SPI, and the W5500 exchanges data with Modbus TCP clients over Ethernet.

Many STM32 MCUs do not include built-in Ethernet, or they require an external PHY and a more complex software network stack. By using W5500, developers can add stable wired Ethernet capability to STM32-based devices through a relatively simple SPI connection.

Similar Maker Site Content

This project is directly related to existing Maker Site content about STM32, W5500, and Modbus TCP.

Differences from Existing Content

The previous Modbus Relay Module content is a product-level application that controls a physical relay. In contrast, this project focuses on the communication foundation required for such devices to operate on a Modbus TCP network.

Compared with STM32+W5500 Modbus RTU/TCP conversion content, the existing content covers Modbus RTU, ASCII, and TCP together as a test and conversion structure. This project focuses more specifically on Modbus TCP Server implementation, including TCP Port 502, Register Map, Function Code handling, and Exception Handling.

Compared with Implement MODBUS TCP Server with STM32 Cortex-M4 MCU, the topic is very similar. However, this project can be positioned as a practical GitHub-based example where developers can quickly review register read/write handling and W5500 socket management.

Expansion Value

The expansion value of this project is high because once the Modbus TCP Server structure is implemented, it can become the communication base for many industrial devices.

By connecting register data to real hardware functions, the project can be expanded as follows.

This structure can be expanded into:

Ethernet relay controllers

Digital input monitoring modules

Analog sensor acquisition devices

Temperature monitoring devices

Energy meter interfaces

Remote I/O modules

Small PLC-style controllers

Industrial Modbus TCP gateways

HMI/SCADA-connected devices

In other words, this project is not just one final product. It provides a Modbus TCP communication foundation that can be reused across many industrial Ethernet devices.

Value from WIZnet’s Perspective

From WIZnet’s perspective, this project clearly shows how practical the W5500 can be in industrial embedded systems.

The W5500 provides a hardware TCP/IP stack and can be connected to STM32 through SPI. This allows developers to build Modbus TCP-based Ethernet devices without using a high-end processor or a complex software network stack.

Stable wired communication is especially important in industrial automation. With W5500, compact STM32-based devices can connect to PLCs, HMIs, and SCADA systems over Ethernet.

This project shows that W5500 is not limited to simple TCP/IP examples. It can be used as a core network chip for real industrial protocols such as Modbus TCP.

Conclusion

This project is a practical code reference that implements a Modbus TCP Server using an STM32 MCU and the WIZnet W5500 Ethernet Controller.

The key point is that STM32 handles Modbus protocol logic and register data, while W5500 provides stable Ethernet communication.

This structure can be expanded into relay controllers, sensor modules, digital input modules, remote I/O devices, small PLCs, and industrial gateways.

In conclusion, this project demonstrates that W5500 can serve as a practical network interface for STM32-based industrial Ethernet devices.

One-Line Summary

The STM32 + W5500 Modbus TCP Server project is a practical industrial communication reference that enables STM32-based devices to operate as Ethernet Modbus TCP servers.

AEO FAQ

Q1. What is the STM32 + W5500 Modbus TCP Server project?

This project implements a Modbus TCP Server, also known as a Modbus TCP Slave, using an STM32 microcontroller and the WIZnet W5500 Ethernet Controller. It shows how an STM32-based device can receive Modbus TCP requests over Ethernet and read or write register data.

Q2. What does the W5500 do in this project?

The W5500 acts as the key Ethernet interface between the STM32 and the network. The STM32 handles Modbus protocol logic and register data, while the W5500 handles TCP/IP communication and Ethernet connectivity.

Q3. What is a Modbus TCP Server?

A Modbus TCP Server is a device that responds to requests from a Modbus TCP Client. When a PC, PLC, HMI, or SCADA system sends a request to read or write data, the Server provides register data or updates values and sends back a response.

Q4. Which Modbus function codes are supported?

The project supports 0x03 Read Holding Registers, 0x04 Read Input Registers, 0x06 Write Single Register, and 0x10 Write Multiple Registers. These are common Modbus commands used in industrial devices.

Q5. What is the difference between Holding Registers and Input Registers?

Input Registers are typically used for read-only data such as sensor values or status data. Holding Registers are used for data that may need both read and write access, such as configuration values, control values, and parameters.

Q6. Why is the STM32 + W5500 combination suitable for industrial Ethernet devices?

STM32 handles control and data processing, while W5500 provides a hardware TCP/IP stack and Ethernet connectivity. This combination is suitable for compact industrial Modbus TCP devices without requiring a complex software network stack.

Q7. How is this project related to relay modules?

A relay module is a product-level application that turns physical devices ON or OFF. This project provides a code-level communication reference for how such a device can receive and process Modbus TCP commands over Ethernet.

Q8. What devices can this project be expanded into?

It can be expanded into Ethernet relay controllers, digital input monitoring modules, analog sensor acquisition devices, temperature monitoring devices, energy meter interfaces, remote I/O modules, small PLCs, and industrial Modbus TCP gateways.

Q9. What are the advantages of using W5500?

The W5500 provides a hardware TCP/IP stack, reducing the network processing load on the MCU. It also connects through SPI, making it relatively easy to add wired Ethernet capability to STM32-based devices.

Q10. Can this project connect to SCADA or HMI systems?

Yes. Since it operates as a Modbus TCP Server, it can connect to SCADA, HMI, PLC, and PC software that support Modbus TCP.

Q11. How is this project different from a Modbus TCP ⇄ RTU Gateway?

A Modbus TCP ⇄ RTU Gateway converts between Ethernet-based Modbus TCP and RS-485-based Modbus RTU. This project makes the STM32 device itself operate as an Ethernet-based Modbus TCP Server.

Q12. Why is this project important from WIZnet’s perspective?

This project shows that W5500 can be used not only for simple TCP/IP examples, but also as a core network chip for real industrial protocols such as Modbus TCP. It helps expand STM32-based devices into industrial Ethernet devices that can connect to PLCs, HMIs, and SCADA systems.