ProfiBus、ProfiNet现场总线通信协议讲解与C语言实现

一、基本认知

1、参考的网络资料

百度百科： https://baike.baidu.com/item/PROFIBUS/300216

个人博客： https://blog.csdn.net/byxdaz/article/details/78163470

个人博客： http://blog.chinaunix.net/uid-20801941-id-1839000.html

2、历史发展与现状

这里主要讲解的是PROFIBUS_DP，它的前身是1987年联邦德国合作开发的PROFIBUS_FMS；PROFIBUS_DP主要运用在PROFIBUS主站与远程从站之间的确定性通信（ 就是网络中的每个设备都有固定的ID编号）。目前，PROFIBUS可以分为两种，分别是PROFIBUS_DP和PROFIBUS_PA；其中，DP的应用最为广泛。

3、PROFIBUS DP和PA的区别：

PROFIBUS DP：分布式周边，应用在工厂自动化应用中；可以由中央控制器控制许多传感器和执行器，也可以使用标准或选用的诊断机制得知各个模块的状态。

PROFIBUS PA：过程自动化，应用在过程自动化系统中， 可适用于防爆区域（工业防爆危险区分类中的Ex-zone0及Ex-zone1 ） ；其物理使用的线缆匹配IEC61158-2， 允许由通信线缆给现场设备供电，因此，一个PROFIBUS PA所可以连接的设备数量也受到限制。

共同特点：在通信协议方面，DP与PA遵循相同的通讯规范，PA只要有专业的转换设备就可以与DP联网；

4、PROFIBUS的网络协议架构：

OSI模型	PROFIBUS
7	应用层	DPV0	DPV1	DPV2	网络管理
6	表示层	--
5	会话层
4	传播层
3	网络层
2	数据链路层	FDL
1	物理层	EIA-485	光纤	MBP*

物理层：支持RS485传输和光纤线路传输。

应用层： （这些模式全部由下面介绍的基本数据帧组合来实现）

• DP-V0：循环式的数据交换，诊断机能。
• DP-V1：循环式及非循环式的数据交换，警告处理。
• DP-V2：时钟同步数据模式，从机和从机之间的数据广播。

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二、PROFIBUS DP通讯协议与数据报

在物理层 ，可以采用异步串口通信实现。也就是说，数据传输的格式是以UART数据格式来传输的， 基本格式包括：启始位（1bit）、数据位（8bit）、偶校验（1bit）和停止位（1bit），通信 支持的波特率为：9.6、19.2、45.45、93.75、187.5、500、1500、3000、6000、12000。

在应用层，Profibus dp协议主要支持 五种类型的数据报文，每种报文的数据帧格式都有所区别。 （这个是开发工程师最需要关心的）

 

SD1：无数据域，用于查询总线上的激活的站点	该报文数据格式用于主站与从站间的站点查询；在线的从站收到查询本从站的请求帧，就要回应相应的应答帧；在实际的通讯过程中，主站会定时的发送查询帧，以确定总线上的从站是否可用。
SD2：可变数据域，参数最多，是Profibus中使用最频繁的数据帧。	用于大量数据的交换，在总线各个站点之间。
SD3：固定8字节的数据域，PDU数据部只传输一个字节
SD4：令牌帧，用于 主站间的令牌传递。
SD5：这个是从站接收主站消息后，最短的应答帧

在这五种基础数据帧中，每一个数据域的含义如下 ：

FC所有功能码的定义 （重要）：

FC功能把占用了数据帧的 一个字节，细化到该字节的 每个位的含义如下图所示：

B6	B5（FCB）	B4（FCV）	含义
0（响应帧）	0	0	从站对主站的响应
0（响应帧）	0	1	主站告诉从站（或另一个主站），主站未准备好
0（响应帧）	1	0	主站告诉从站（或另一个主站），主站已经准备好，无令牌
0（响应帧）	1	1	主站告诉从站（或另一个主站），主站已经准备好，在令牌环上
1（请求帧）	0		FCB标记位不可以使用
1（请求帧）	1		FCB标记位可以使用
1（请求帧）	X		根据FCV来决定FCB是否可用

FC功能码低四位的含义：

注意： 这里说明一下数据帧中的DA和SA，其实就是通信双方的地址，各占用一个字节，但其中的最高位用来分别决定通信双方是否使用了扩展的地址（一个字节代表的设备数量有限）。

DU中纯用户数据部分（PDU）内容的规定：未作实际测试验证，暂无法确认是否有固定的规范。

ProfiNet DP网络总线协议： 是基于TCP/IP网络协议的应用层协议，属于TCP/IO四层协议中的应用层，物理层上可以支持标准的网口或wifi无线信号传输。

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三、基于Linux系统编程的C语言实现

测试设备正在采购的路上，敬请期待测试结果和笔记的进一步完善。。。。。

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