2 2 символьний обмін

Промислові мережі та інтеграційні технології

Символьний режим обміну (character mode, ASCII)

реєстрація [email protected]

автор і лектор: Олександр Пупена ([email protected]) зворотній зв’язок по курсу: Інтернет-форум АСУ в Україні (www.asu.in.ua)

23.03.2015 NET - символьний обмін

[email protected] 1

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

http://www.asu.in.ua/

Сумісність на рівні бітів/символів – цього достатньо для побудови мережі?


[email protected] 2

USB RS485<->USB

RS232 RS485<->RS232

RS485

RS485 RS485

RS485

RS485

RS485

RS485 Усі пристрої можуть відправити і отримати послідовність біт (наприклад символи). Цього достатньо?

Сумісність на фізичному рівні (фізичного інтерфейсу, рівні бітів) не достатня, щоб забезпечити цільовий обмін між пристроями!

• кому призначені ці символи? • чи вірно отримані ці символи? • що означають ці символи?

Модель обміну на базі символів


[email protected] 3

символ

Те, що я знаю всі літери угорського алфавіту ще не значить, що я розумію угорську!

літера ~

Amit tudok a magyar ábécé nem jelenti azt, hogy érti a magyar.

Оміт тудок о модьор абиси тум єленті озт, ходь ирті о модьор?

HU UK

Модель обміну кадрами


[email protected] 4

Кадр (Frame) при асинхронній передачі - це послідовність символів, які відправляються/приймаються пристроєм як єдина "осмислена" структура.

принципи побудови речень визначається правилами мови

правила побудови та доставки кадрів а також їх змісту визначається протоколами мережі

~

символ літера ~ кадр речення (послідовність слів з літер)

~

літера"р"

Кадр – це "осмислена" послідовність символів.

Протоколи рівнів – правила


[email protected] 5

Задачі мережного обміну ділять на підзадачі або рівні (див.1.3), правила функціонування в яких описується протоколами рівня. Повний набір протоколів формують стек протоколів мережі.

символ FHEX

A02F345E4569023456890A5612

символ"р"

Кадр –це послідовність символів.

Аналогія правил мови: в граматиці є правила написання слів (морфологія), а є правила формування речень (синтаксис). Стек = синтаксис + морфологія

Кадр це послідовність символів - .

символ"р"

"Однорівневий" стек протоколів


[email protected] 6

У самих примітивних мережах правила обміну описують тільки на рівні кадрів, тобто описаний тільки протокол канального рівня.

символ"р"

Кадр –це послідовність символів.

"Словарь Вильяма Шекспира, по подсчёту исследователей, составляет 12000 слов. Словарь негра из людоедского племени «Мумбо-Юмбо» составляет 300 слов. Эллочка Щукина легко и свободно обходилась тридцатью. Вот слова, фразы и междометия, придирчиво выбранные ею из всего великого, многословного и могучего русского языка: Хамите. Хо-хо! (Выражает, в зависимости от обстоятельств, иронию, удивление, восторг, ненависть, радость, презрение и удовлетворенность.)…"

Для правильної побудови речень на мові Елочки-Щукіної достатньо б було використання тільки морфологічного протоколу.

Умова роботи мережі - повна сумісність


[email protected] 7

USB RS485<->USB

RS232 RS485<->RS232

RS485

RS485 RS485

RS485

RS485

RS485

RS485 Для функціонування мережі необхідна сумісність на всіх рівнях: • забезпечення єдиного фізичного

інтерфейсу • сумісність протоколів на всіх рівнях (усього

стеку)

Наприклад, усі підтримують Modbus RTU, причому на боці клієнта - Modbus RTU Master, а на боці серверів - Modbus RTU Slave

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол A1

протокол A2

протокол A3

HU

HU

HU

HU HU

HU

HU

HU

Що значить реалізований (implementation) протокол?


[email protected] 8

Прикладна програма

COM порт

послідовність

байтів для

кадру

Доступ до функцій (сервісів) протоколу


байтів прийнятого

кадру

промислова мережа

RS485

протокол A1

протокол A2

протокол A3

Програма протоколу рівнів А1..А3 (реалізована виробником)

Вирішення проблеми несумісності


[email protected] 9

Відсутність підтримки протоколів на одному з вузлів потребує: - використання шлюзів (перетворювачів

протоколів); - або самостійної реалізації протоколів на

пристрої; - або заміни несумісного пристрою

RSxxx RSxxx

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол B1

протокол B2

протокол B3

RSxxx RSxxx

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол B1

протокол B2

протокол B3

RSxxx RSxxx

протокол A1

протокол A2

протокол A3

протокол B1

протокол B2

протокол B3

шлюз

перетворення протоколів

Пропрієтарний протокол


[email protected] 10

RSxxx RSxxx

протокол ? протокол ?

Пропрієтарний протокол (або мережа) – власний нестандартизований протокол (або мережа) виробника пристрою. Проблема, яка виникає при використанні в пристрої – відсутність реалізації в пристроях інших виробників, відсутність готових шлюзів.

Вирішення проблеми сумісності – самостійна реалізація протоколів або заміна пристроїв.

Принципи символьного режиму обміну



Символьний режим обміну (character mode) – режим обміну програмованого пристрою (контролеру) через послідовний порт, при якому програміст реалізовує алгоритм формування послідовності байтів (character, символів) для передачі і алгоритм інтерпретації змісту кадрів по прийому.

1 char передається за 1 symbol


COM порт


байтів для

кадрів

Реалізація алгоритму

формування кадру

Реалізація алгоритму

інтерпретації кадру


байтів прийнятого

кадру

промислова мережа

Символьний режим обміну забезпечує тільки відправку та прийом кадрів, а протокол обміну реалізовується програмою користувача.

- також називають ASCII-режимом або безпротокольним режимом

- використовувався тільки для відправки/прийому послідовності ASCII-символів, зараз і для обміну байт-кодами.

- не всі програмовані контролери (або їх послідовні порти) дають можливість працювати в символьному режимі.

ASCII vs binary



128 символів (7-бітне кодування) – числовий код

+ 128 (8-бітне кодування) розширення (національні літери)

ASCII режим – передача літер

бінарний режим – передача байт-кодів

09

"0"

30

"9"

39

ASCII BIN

Призначення символьного обміну



- для реалізації протоколу (пропрієтарного чи стандартизованого), що не підтримується

даним програмованим пристроєм

- для роботи з зовнішніми модемами (по RSxxx) в якості клієнта (AT-команди) як для відправки так і для прийому;

- для відправки тексту на друк чи термінал, що працюють в

текстовому режимі, для прийому тексту з терміналу

Задачі при побудові/інтерпретації кадрів



• розмежування кадрів • доставка кадрів за місцем призначення • перевірка кадрів на цілісність • призначення полів (частин) кадру

скажиякділитикадриякажияквказатиадресатаскажиякправльнозаповнюватиполя

Задачі, що вирішуються при символьному обміні



Задачі, що вирішуються при формуванні/інтерпретації та

доставці кадрів

Як вирішуються при символьному обміні

розмежування кадрів налаштування порту інтерфейсу

доставка за місцем призначення

програмна реалізація алгоритму обробки кадру згідно протоколу, що реалізується

перевірка кадрів на цілісність

призначення полів (частин) кадру

Розмежування кадрів в символьному режимі



Розділення на кадри необхідне для: - структурування обміну (відповідно до протоколу); - для можливості апаратної та програмної оброки при певних обмеженнях

(обмеження вхідних/вихідних буферів, обмеження часу обробки …)

Тиша (+char)

Beginning Повідомлення кадру End

0 … yyy chars Тиша або 1(2) chars або

досягнута фіксована кількість символів

Способи розділення: - по часу тиші (по таймауту); - використання спеціалізованих символів (стартові та стопові Char) - по фіксованій або вказаній в переданих даних кількості символів

скажиякділитикадриякажияквказатиадресатаскажиякправльнозаповнюватиполя

Розмежування кадрів: приклади



Frame 1 Frame 2

Тиша Char 1 Char n

STX CR

0D

LF

0A Повідомлення кадру 02 0D 0A

кінець кадру?

Доставка за місцем призначення та перевірка на цілісність (приклад)



Повідомлення кадру Адреса

призначення

3 2

Адреса

відправника

65

контрольна

сума

10 11 12 13 14

контрольна сума = 2+3+10+11+12+13+14 = 65

Приклад: контр. сума - арифметична сума

Принципи обміну в символьному режимі - відправка



* - тільки при розмежуванні символьною послідовністю


COM порт

вихідний буфер вхідний буфер

Повідомлення кадру End Chars*

Реалізація алгоритму формування кадру

Функція запису у вихідний буфер

COM порт

Повідомлення кадру

Символьне закінчення (End Chars) та початок кадру при відправці формується прикладною програмою або апаратурою пристрою (або ОС)

Принципи обміну в символьному режимі - прийом



* - тільки при розмежуванні символьною послідовністю


COM порт

вихідний буфер вхідний буфер

Повідомлення кадру

Реалізація алгоритму інтерпретації кадру

Функція читання з вхідного буферу

COM порт

Повідомлення кадру End Chars*

Закінчення кадру (по символам або паузі) визначається апаратурою пристрою (або ОС)

Приклад: вікно налаштування кінця кадру для Modicon M340



1 – символьний розмежувач кадру 2 – налаштування параметрів обміну 3 – вибір інтерфейсу і сигналів синхронізації

за символами (Stop on reception)

Можливі варіанти CR, LF, або заданий кодом ASCII

Character Included – включити символ зупинки в повідомлення для програми користувача;

по часу тиші (Stop on silence)

Кінець повідомлення – один з двох вказаних (Character 1 або Character 2)

Приклад: вікно налаштування кінця кадру для Simatic S7-1200



Приклад: вікно налаштування початку кадру для Simatic S7-1200



Приклад: функція відправки/отримання кадру Modicon М340



Приклад: функція відправки/отримання кадру Simatic S7-1200



Приклад використання кодування ASCII при обміні



3A 30 31 36 30 30 30 30 30 30 30 31 30 35 0d 0a

: 0 1 6 0 0 0 0 0 0 0 1 0 5 CR LF

запит (HEX)

запит (ASCII)

відповідь (HEX) відповідь (ASCII) вікно значень параметрів (з ПЗ програматора)

Приклад використання AT-команд для модемного обміну



команда Опис

AT ПЛК->M: увага OK М(модем)->ПЛК: так

AT+CBST? ПЛК: запит на вибір типу носія: режими швидкості, стиснення даних, прозорості

+CBST: 0,0,1 М: 0 – швидкість автоматична, 0 – стиснення відсутнє, 1 - непрозорий

OK М: так

AT+CBST=7,0,1 ПЛК: запит на підтримання носія

OK М: так, підтримується

AT+CBST=12,0,1 ПЛК: встановлення швидкості – 9600 біт/с

OK М: так

AT+IFC? ПЛК: запит команди управління місцевим потоком <DCE_by_DTE> та <DTE_by_DCE>

+IFC: 0,0 М: не підтримується, не підтримується

OK М: так

AT&W ПЛК: запис поточних налаштувань в EEPROM

OK М: так, записано

+CMTI: "SM",1 М: отримано нове повідомлення, індекс 1 AT+CMGF=1 ПЛК: встановлення текстового режиму

OK М: так, встановлено

AT+CMGR=1 ПЛК: читати перше повідомлення

+CMGR: "REC READ","+380669572528",,"09/05/18,14:09:28+12"

М: прочитане повідомлення з номеру телефону +380669572528 отримано 09/05/18 о 14:09:28

Hello М: текст повідомлення

OK М: так

AT+CMGS=+380669572528

ПЛК: Відіслати повідомлення в текстовому режимі на номер +380669572528

> HELLOW() ПЛК: текст повідомлення

+CMGS: 23 М: повідомлення відіслано, номер повідомлення 23 (визначається виробником)

OK М: так

Engineering

2 2 символьний обмін