Profinet协议解析-过程数据

新的一篇文章，开始讲下一个点——过程数据。过程数据，顾名思义，就是一直循环传输的数据，在整个过程中不间断的传输，其每次传输的时间称为同步周期。这点类似于Ethercat中的PDO数据，而下下篇将要讲到的非周期数据和Ehtercat的SDO通道相似，或许各种不同的协议在形式上或者服务模式下是高度相似的。

过程数据，在整个链路上循环传输，每一台从站都与主站之间有着相关的交互连接，当网络中存在多个从站，可想而知，数据量将会是庞大的，数据量就像路上的汽车，有限的带宽是马路，过多的汽车就像早高峰那样，必然引起堵车，同样的网络中也会阻塞，或者导致网络负载过高。对此，我们国家比较喜欢建高架，变着花样的增大马路容量。而在现成的工业网络中是很难实现的，那意味着不兼容，意味着高成本。所以Profinet，采用减小单个数据包实现，保持马路容量不变，减小汽车体积。减少的东西并不是直接删掉了，如果这样就没有存在的意义了，就像大客车从50座减小为2座，那还搞什么运营不是？Profinet的实现其实与TCP相似，都是对通信的双方进行握手，然后保存双方最初交换的信息，后面可以循环传送数据了，也就是基本都是PZD的数据，都是干货，如图1所示。这是一种以空间换带宽，这种握手数据必将占用主站内存，所以有限的内存小，主站匹配的从站都是固定的，当然不是唯一因素。

讲到过程数据就不得不提一下全同步，过程数据的两种传输模式。从字面意思就是，IRT比RT传输的更稳定，时序处理更可靠。提到这里必然会看到下面图2，这是经典的一张描述PROFINET网络层次，这张图有点不全，缺少了IRT，IRT在2 RT并列，是属于链路层的一种，中间和RT一样，直接跨到应用层，不经过网络层，会话层，表示层，尽可能提高传输效率。为了保证IRT专用车道，在芯片的硬件层面需要开辟独立的数据通道，以保证其不受其他数据的影响，RT和普通以太网数据包共用传输通道带宽。

下面就IRT模式下的过程数据传输做一下帧的分析。之前提到过，过程数据的传输为了减少不必要的传递数据，所以在最初的时候需要进行握手—建立连接，然后双方互通Input和Output数据结构，供后续识别。这里就牵扯到AR（Application Relation）和CR（Commucation Relation），如果有机会再讲一下这部分知识点，它应该属于PLC启动过程中的必要内容，首先确定AR，CR的内容就跟着确定了，包括连接建立的超时处理，AR确定方式，CR传输过程的等都放到《PLC启动过程》一文中，前提是我有机会写这篇。

如图3所示，找到最初的建立连接的地方，这个帧的抓取最简单的情况就是PLC上电的时候抓取，过程中我尝试制造断线等都不会再重建，理论上重新下载组态也会重建这个连接。把294帧数据展开，如图4所示，内容有点长，这里就直接看到重点的地方，我们只看InputCR。再Input CR中有两个API，一个为0x0，另一个是0x3a00。API是AP的标识，AP（Application Process）是一个完整的应用过程划分的每一小块的标识。一个应用过程涉及众多设备和功能，所以划分的应用过程分布在不同的设备上，遍布网络。AP-0是缺省的，用于编制应用过程，这个用做设备管理。其他的AP号是由Profidrive行规进行分配。在每一个AP下面会有Slot和SubSlot，大家习惯的成为“槽”和“子槽”，（ps:我一直不习惯这么叫，太难听），在API-0下带着的也是缺省的槽号。0号槽下面的0x8000~0x8002,属于专用子槽，能且仅能出现在哎0号API下，作为接口出现，0x80xx定义IP地址和DNS名称，用于设备远程访问调用。0x XX00~02是表示端口的，最大可以表示到255号。

接着API 0，下面就是API-0x3a00，这里的API由行规定义，其中PROfidrive强制为0x3A00。Profidrive定义了运动控制相关内容，当然也包括IO等。所以在这个API下定义的就是我们的报文。槽1，子槽1用于基本参数访问通道，如图7所示，为GSD文件中的定义。子槽3是特定报文。知道了具体意义，下一步就是分析报文内容，在一连串的数据中要想找到对应的内容就离不开Offset，偏移量指示其距离原始点的位置。结合图4，图5，图6，我这里画出如下表所示。

表1 过程帧字段结构
API	Identify	Slot	Subslot	Offset	Properties	Length
0	2	0	1	0	0	0
0	3	0	0x8000	1	0	0
0	4	0	0x8001	2	0	0
0	5	0	0x8002	3	0	0
0x3A00	0xFFFF	1	1	4	0	0
0x3A00	0x1389	1	2	5	0	0
0x3A00	0x69	1	3	6	3	20
0x3A00	0x69	1	3	27	IOCS

如表1所示，我们获得了在建立连接时，其Input CR的内容，从表中可以看到各通道的偏移量。这里按如图8所示，通过Wireshark抓取的一帧数据。因为用的抓包工具，这里看到的时广播地址回给PLC的，可以先忽略。如表2为过程数据的帧结构，上面洋洋洒洒的写了五六页，仅仅针对于C_SDU字段的内容解读。根据图8的数据，Type =0x8892，Frame ID= 0x0100，0x0100是专门用于RT_CLASS3的帧ID，所以也可以确认这是一帧IRT帧。接着都是数据0x80，这个用于对长度为0的确认标识，有效报文的值为0340 0000 0000 3010 11CF 0000 0000 075A 0000 0000，后面接着又是其他数据。

表2 过程数据帧结构
DST	SRC	VLAN	Type	Frame ID	C_SDU	APDU

以上就是过程数据的解析过程，这里忽略了IOCS和IOPS，大家有兴趣可以看一下，主要用作数据可用性的确认（Good or Bad），在PLC 300/400常见，现在博图封装了功能块，很多都隐藏到里面判断，所以无需知道这两个意思也可以看到数据传输状态，披着羊皮的狼而已。欢迎评论区共同交流。附:遥远的星星 https://blog.csdn.net/zh_666888/

2020-12-27

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