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基金會現(xiàn)場總線通信協(xié)議

2022-09-21

現(xiàn)場總線通信實體的結(jié)構(gòu)和ISO的OSI參考模型中的指定的概念是一致的，但是其中有很重要的一點差別，此處定義的結(jié)構(gòu)只包括三層，而不是ISO的OSI參考模型中的七層。此體系結(jié)構(gòu)的說明和描述如下。

各層協(xié)議的基本目標(biāo)是提供虛擬通信關(guān)系（VCRs, Virtual Communication Relationships）。FMS提供VCR應(yīng)用消息服務(wù)，例如讀和寫變量。一些設(shè)備AP不使用FMS，而是直接訪問FAS。SMK除了使用FMS服務(wù)，當(dāng)同它的SMKP通信時直接訪問數(shù)據(jù)鏈路層。FAS為FMS和AP提供了消息傳輸服務(wù)。

通信實體的協(xié)議是由網(wǎng)絡(luò)管理代理NMA來管理的。從概念上講，NMA通過和各層相關(guān)層管理實體來管理協(xié)議內(nèi)的對象。從互操作的角度看，NMA是如何訪問信息從網(wǎng)絡(luò)上看是不可見的。

1. 網(wǎng)絡(luò)管理代理
NMA提供了對協(xié)議棧的組態(tài)和統(tǒng)計信息的訪問。這些信息在網(wǎng)絡(luò)管理信息庫（NMIB, Network Management Information Base）中表示。一些信息由網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范文件定義為可寫的，一些定義為只讀的。網(wǎng)絡(luò)可見的，只讀的信息是從網(wǎng)絡(luò)上只讀的。NMA提供了對三種信息的訪問：
通信棧實體的整體信息
VCR的信息
各協(xié)議層的信息

2. 總線報文規(guī)范層FMS
FF中的應(yīng)用層服務(wù)是由FMS定義的，該層描述了應(yīng)用所需要的通信服務(wù)、信息格式、行為狀態(tài)等。FMS提供了一組服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)的報文格式。用戶應(yīng)用可采用這種標(biāo)準(zhǔn)格式在總線上相互傳遞信息，并通過FMS 服務(wù)，訪問AP對象以及它們的對象描述。FMS服務(wù)指明了訪問AP對象和這些對象的OD描述的服務(wù)和消息格式。一個AP的網(wǎng)絡(luò)可見實體和它們的相應(yīng)OD描述在FMS中表示為虛擬現(xiàn)場設(shè)備（VFD, Virtual Field Device）。FMS服務(wù)是在VCR端點處提供給AP。

3. 總線訪問子層FAS
FAS提供了VCR端點對DLL的訪問。VCR的類型有三類：客戶/服務(wù)器( Client/Server )型VCR、報告分發(fā)( Report Distribution )型VCR、發(fā)布者/訂閱者( Publisher/Subscriber)型VCR。客戶/服務(wù)器型VCR是一種排隊式、非調(diào)度通信的、用戶觸發(fā)的、一對一的設(shè)備間的通信方式, 此類VCR常用于設(shè)置參數(shù)或?qū)崿F(xiàn)某些操作，如改變給定值，對調(diào)節(jié)器參數(shù)的訪問與調(diào)整，對報警的確認(rèn)，設(shè)備的上載與下載；調(diào)度報告分發(fā)型VCR是一種排隊式、非調(diào)度通信的、用戶觸發(fā)的、一對多的設(shè)備間的通信方式, 此類VCR常用于將報警狀態(tài)、趨勢數(shù)據(jù)等通知操作臺；發(fā)布者/訂閱者型VCR是一種緩沖區(qū)式的、一對多的通信方式，此類VCR常用于按周期性的調(diào)度方式，為用戶應(yīng)用模塊的輸入輸出刷新數(shù)據(jù)，如刷新過程變量、操作輸出等。

4. 數(shù)據(jù)鏈路層DLL
現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層是IEC定義中的子集。選用此子集來支持所定義的VCR類型。

為在應(yīng)用之間傳送消息，DLL為SMKP和FAS提供了對總線介質(zhì)的訪問。訪問是由一個叫做LAS的特定數(shù)據(jù)鏈路層實體來控制，它提供兩種對總線的訪問：調(diào)度通信和非調(diào)度通信。

DLL分為兩級操作，一是提供對總線的訪問，一是控制數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路用戶間傳輸。這兩級操作為提高性能而集成在一起，因此不能看作是獨立的子層。
a) DLL介質(zhì)訪問功能

每個總線有一個集中的介質(zhì)訪問控制點，即LAS，和一個或多個令牌持有設(shè)備，即基本設(shè)備。網(wǎng)上的每個總線就是一條鏈路。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)包括多于一條的鏈路時，就稱為擴(kuò)展鏈路（Extended Link）。擴(kuò)展鏈路網(wǎng)絡(luò)中的鏈路由網(wǎng)橋來連接。因此，擴(kuò)展鏈路網(wǎng)絡(luò)有時被稱為橋接網(wǎng)絡(luò)。

基本設(shè)備是那些能夠接收令牌并能對其作出響應(yīng)的設(shè)備。所有設(shè)備包括LAS和網(wǎng)橋都有基本設(shè)備的能力，也就是說，它們都有權(quán)力接收令牌（發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸）。

令牌授權(quán)給設(shè)備在總線上發(fā)送的權(quán)力。在某一時刻只有一個設(shè)備持有令牌。LAS可以將兩種令牌授權(quán)給設(shè)備。設(shè)備接收到第一種令牌時必須立即返回帶地址的數(shù)據(jù)，這種令牌是由CD（Compel Data）發(fā)出的。第二種令牌授權(quán)設(shè)備以三種優(yōu)先級中的一種優(yōu)先級在指定的時間段對總線進(jìn)行訪問。這種令牌是由PT（Pass Token）發(fā)布的。

CD DLPDU在FF中用來支持發(fā)布者/訂閱者VCR。每個發(fā)布者VCR端點通過DL-BUFFER發(fā)布其數(shù)據(jù)。緩沖區(qū)中的內(nèi)容是作為CD DLPDU的響應(yīng)發(fā)出的。通常CD由LAS發(fā)給發(fā)布者的緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)鏈路層地址。在這種情況下，CD是由LAS根據(jù)其調(diào)度周期地發(fā)出。CD也可由訂閱者VCR端點發(fā)出，在這種情況下，只有當(dāng)設(shè)備收到PT DLPDU 時才能發(fā)送CD。

PT DLPDU用來發(fā)送設(shè)備中的所有其它數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)備收到PT DLPDU時，它就被授權(quán)向鏈路上發(fā)送一段時間的數(shù)據(jù)。這個時間段在PT DLPDU中指定。

設(shè)備瀏覽FAS和SMK向其DL服務(wù)訪問點（DL-SAPs, DL Service Access Points）和其DL連接端點（DLCEPs）發(fā)出的傳送請求選擇要發(fā)送的DLPDU的類型。DL-SAPs用來使用無連接DLL服務(wù)來發(fā)送所有的SMKP消息和所有的報文發(fā)布VCR消息。DL-SAPs也用來傳送為發(fā)布者/訂閱者VCRs和客戶/服務(wù)器VCRs服務(wù)的連接建立消息。DLCEPs是用來傳送所有其它的發(fā)布者/訂閱者VCRs和客戶/服務(wù)器VCRs消息。

所選擇的要發(fā)送的請求是最早的，優(yōu)先級最高的（大于等于PT DLPDU中指定優(yōu)先級）能在令牌剩余持有時間內(nèi)發(fā)出的的請求。

當(dāng)設(shè)備沒有數(shù)據(jù)可發(fā)，它顯式地將令牌返回給LAS；如果它還有請求要發(fā)送，它將向LAS請求更多的令牌持有時間。

鏈路主設(shè)備是能夠成為LAS的設(shè)備。每條鏈路有多于一個的鏈路主設(shè)備。

橋設(shè)備將鏈路連接成樹狀網(wǎng)絡(luò)。橋設(shè)備總是鏈路主設(shè)備且必須是LAS，它包括每條其下游鏈路的系統(tǒng)管理時間發(fā)布者。當(dāng)橋設(shè)備不是這些角色時，數(shù)據(jù)鏈路時間和應(yīng)用時鐘時間不能被再發(fā)布。
b) DLL高級功能（數(shù)據(jù)傳輸功能）

FF提供了三種傳送數(shù)據(jù)的DLL機(jī)制：無連接的數(shù)據(jù)傳輸和兩種面向連接的數(shù)據(jù)傳輸。無連接的數(shù)據(jù)傳輸支持報文發(fā)布VCRs。一種類型面向連接的數(shù)據(jù)傳輸支持發(fā)布者/訂閱者 VCRs,一種類型面向連接的數(shù)據(jù)傳輸支持客戶/服務(wù)器VCRs。

無連接的數(shù)據(jù)傳輸是在DL-SAP地址間的互相獨立的DLPDU的排隊式的傳輸。在DLL中不用保留上下文來控制數(shù)據(jù)傳輸。這種類型的數(shù)據(jù)傳輸用來進(jìn)行報文發(fā)布是因為其目的地址可以配置為一個組（多個）DLSAP地址，允許多個報文源發(fā)送到同一組地址。這也同樣允許報文接收者對報文源的標(biāo)識和位置不敏感。

因為所有的無連接的數(shù)據(jù)傳輸是獨立的，每個DLPDU的優(yōu)先級是分別指定的，所有對每個VCR，只指定一種優(yōu)先級。

面向連接的發(fā)布數(shù)據(jù)傳輸是從發(fā)布者發(fā)出的緩沖區(qū)式的數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)布者不用知道訂閱者的標(biāo)識，并且要發(fā)送的DT DLPDU只包含一個地址，即發(fā)布者的地址。訂閱者知道發(fā)布者的地址，偵聽發(fā)布者發(fā)送的數(shù)據(jù)。

當(dāng)一個發(fā)布者開始啟動時，它向本地鏈路上的所有訂閱者廣播一個建立連接EC（Establish Connection）DLPDU。這個EC DLPDU不需要響應(yīng)。訂閱者進(jìn)行相似的操作，它們發(fā)送一個帶地址的EC DLPDU給發(fā)布者以請求一個響應(yīng)。當(dāng)發(fā)布者收到從一個訂閱者發(fā)出的EC DLPDU時，它向本地鏈路上再發(fā)布一個EC DLPDU。訂閱者使用它發(fā)出完成開放其連接的請求后所收到的第一個EC DLPDU。它使用的EC DLPDU可能是發(fā)布者一開始發(fā)出的，也有可能是發(fā)布者作為訂閱者的EC DLPDU的響應(yīng)所發(fā)出。連接建立后，訂閱者開始偵聽由發(fā)布者發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且忽略由發(fā)布者后來發(fā)送的EC DLPDU。

發(fā)布數(shù)據(jù)傳輸是在由發(fā)布者收到一個帶有發(fā)布者DLCEP地址的CD DLPDU并發(fā)送DT DLPDU作為其響應(yīng)時開始的。如果此DLCEP還未開放，或者相關(guān)的緩沖區(qū)還未更新，此時就不會有DT DLPDU發(fā)出。

發(fā)布數(shù)據(jù)傳輸可能是調(diào)度的（由LAS發(fā)CD DLPDU觸發(fā)的），也可能是非調(diào)度的（由訂閱者發(fā)CD DLPDU觸發(fā)的）。對于某一個連接而言，所有的DT DLPDU以同一優(yōu)先級傳送。此傳送可能是有次序的，使得數(shù)據(jù)重復(fù)的現(xiàn)象能被監(jiān)測到。當(dāng)一個發(fā)布者在傳送數(shù)據(jù)期間不能更新其緩沖區(qū)時就會發(fā)生數(shù)據(jù)重復(fù)的現(xiàn)象。

調(diào)度發(fā)布數(shù)據(jù)傳輸只是在本鏈路上發(fā)送。當(dāng)發(fā)布者和訂閱者位于不同的鏈路上時，在發(fā)布者和橋之間以及橋和訂閱者之間都要分別建立相關(guān)的連接。因此，當(dāng)它們位于同一條鏈路上時，由訂閱者發(fā)出的EC DLPDU必須發(fā)給發(fā)布者DLCEP，或者當(dāng)它們不在同一條鏈路上時，由訂閱者發(fā)出的EC DLPDU必須發(fā)給網(wǎng)橋的再發(fā)布者DLCEP。

非調(diào)度的發(fā)布是不同的。在這種情況下，網(wǎng)橋配置成在發(fā)布者和訂閱者之間轉(zhuǎn)發(fā)EC，CD和DT DLPDU。因此，此時就不會有再發(fā)布了。

面向連接的請求/響應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸是在客戶與服務(wù)器之間的排隊式的數(shù)據(jù)傳輸?？蛻舳说腣CR端點或者對等VCR端點做為發(fā)起者，發(fā)送EC DLPDU請求和服務(wù)器的連接，服務(wù)器響應(yīng)指示服務(wù)器AP是否接收這個連接請求。一旦在這個連接上開始數(shù)據(jù)傳輸，所有的DT DLPDU將用同一優(yōu)先級進(jìn)行傳輸。
5. 物理層
現(xiàn)場總線物理層由物理媒體和用于傳送數(shù)據(jù)的信號協(xié)議組成。所有的設(shè)備至少包括一個物理層實體。

物理層協(xié)議為數(shù)據(jù)鏈路層提供了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)獨立于物理層媒體類型的能力。一個設(shè)備所支持的物理層媒體的類型可以是IEC物理層規(guī)范文件中定義的任何一種。

在FF網(wǎng)絡(luò)中，使用三種傳輸速率：31.25kbps、1Mbps、2.5Mbps。
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