工业异步通信数据链路层和物理层.pdf

l07 jb/t 57551991 工业异步通信数据链路层和物理层 1991-10-21 发布1992-10-01 实施 中华人民共和国机械电子工业部 发 布 i 1 主题内容与适用范围 （1） 2 引用标准 （1） 3 代号 （1） 4 数据传输速率 （2） 5 物理层（第一层） （2） 6 数据链路层（第二层） （3） 附录 a 定时值（参考件） （11） 附录 b 半双工通信流程图（参考件） （12） 附录 c 使用 37 芯、25 芯、15 芯连接器的互连电路（参考件） （15） 附录 d 传输控制字符中英文对照表（参考件） （18） 目 次 1 本标准参照采用国际标准 iso 886788工业异步通信数据链路层和物理层 。 1 主题内容与适用范围 本标准规定了以串行异步方式传输数据的物理接口与通信协议，它支持全双工或半双工的通信方式。 本标准适用于工厂主计算机与用计算机控制的自动化设备两点间点对点连接的通信。 本标准对应于 gb 9387（iso 7498）开放系统互连基本参考模型的物理层（第一层）和链路层 （第二层） 。 2 引用标准 gb 1988信息处理 信息交换用 7 位编码字符 gb 3453信息处理 数据通信基本控制规程基本部分 基本型控制规程编码独立的信息 传送控制规程 基本型控制规程全双向传输控制规程 gb 3454信息处理 数据终端设备（dte）和数据电路终接设备（dce）之间的接口电路定义表 gb 3455信息处理 非平衡双流接口电路的电器特性 gb 5271.9数据处理 词汇 09 部分：数据通信 gb 6107利用串行二进制数进行数据交换数据终端设备（dte）和数据电路终接设备（dce） 之间的接口 gb 9387信息处理 开放系统互连基本参考模型 gb 9950数据通信 37 芯 dte/dce 接口连接器和引线分配 gb 9952数据通信 15 芯 dte/dce 接口连接器和引线分配 gb 11014平衡型电压数字接口电路的电气特性 gb 11383信息处理 信息交换用八位代码结构和编码规则 sj/z 9081信息处理 起止式同步传输的字符结构 sj/z 9104数据通信 25 芯 dte/dce 接口连接器及引线分配 3 代号 3. 1 dle数据链路转义符 dle 与紧随其后的八位二进制代码形成传输控制功能，6.1 条表 1 中列出的字符可随 dle 使用。 3. 2 dle enq询问 它是发送站请求接收站给出应答时发送的传输控制字符序列，它在建立数据链路时发送；在传输 阶段，请求对前一次询问的回答时，它要重发送；若在传输报文正文中，发送 dle enq，则立即停 止传输，所传信息作废，接收站用 dle nak 回答。 3. 3 dle eot传输结束 当发送站发送 dle eot 时，表明传输结束或异常结束。此时发送站和接收站的传输同时被终止。 机械电子工业部 1991-10-21 批准 中 华 人 民 共 和 国 机 械 行 业 标 准 工业异步通信数据链路层和物理层 jb/t 57551991 1992-10-01 实施 jb/t 57551991 2 3. 4 dle nak否认 当接收站不准备接收，或接收到不正确信息时，向发送站发送 dle nak 否认传输控制字符序列。 3. 5 dle etx正文结束 它用作结束正文的传输控制字符序列， 在它后面为用作数据块检验的块检验序列 bcs。 del etx 属于数据检验范围。 3. 6 dle stx正文开始 dle stx 传输控制字符序列直接放在正文前面，用以引出正文。它不属于数据检验范围。 3. 7 dle 0 和 dle 1（或 ack 0 和 ack 1）交替认可 它们是接收站发给发送站作为认可应答的传输控制字符序列。在传输建立阶段发送 dle 0，进 入正文传输阶段先发送 dle 1，而后交替发送 dle 0 和 dle 1 予以认可。 3. 8 dle ；认可应答后等待 它是接收站发送给发送站的认可应答（代替 dle 0 和 dle 1） ，且表明接收站暂时不能接收信 息，要求发送站暂停发送。 3. 9 dle 带中断的认可应答 它是接收站发给发送站作为带中断的认可应答传输控制字符序列，它代替常规的 dle 0，dle 1。发送站要用 dle eot 回答。 3. 10 dle dle 它表示被传输的信息为 dle 字符。 4 数据传输速率 数据传输接口的数据传输速率可选用 110/300/600/1200/2400/4800/9600/19200 位/秒等八种。 5 物理层（第一层） 5. 1 机械接口 机械接口规定采用 37 芯连接器（见 gb 9950）或 15 芯连接器（见 gb 9952）或 25 芯连接器（见 sj/z 9104） 。 5. 2 电气接口 工业异步通信中，物理层电气接口根据信息传输距离、传输速率和工业现场干扰情况可选用 gb 6107（eiars232c）或 gb 11014（eiars422）规定的通信接口电路。 5. 3 电路互连 gb 6107 和 gb 11014 规定的接口电路互连如图 1 和图 2 所示。37 芯、25 芯和 15 芯连接器各插 针的定义和互连见附录 c（参考件） 。 图 1 gb 6107 规定的电气接口的互连 jb/t 57551991 3 图 2 gb 11014 规定的接口电路的互连 5. 4 字符格式 在主计算机和自动化设备之间传输数据时，传送的字符可以是任意的正文字符或定义的传输控制 字符，字符格式如图 3 所示，它包含以下元素： a. 1 个起始位 b. 8 个信息位 正文字符，由任何八位二进制数组合构成。 传输控制字符，按照 gb 3453 规定的八位格式。传输信息的最低位紧跟起始位。 c. 1 个或 2 个停止位（传输速率 110 位/秒时用 2 个停止位） 图 3 字符格式 6 数据链路层（第二层） 通信协议采用 gb 3453 的规定。在这里只用正文块，不带标题。差错防护也按照 gb 3453 的规定。 6. 1 传输控制字符 传输控制字符（tcc）在表 1 中列出。 表 1 传输控制字符 代 号用列/行表示用十六进制表示 ack0/6x 06 dle1/0x 10 enq0/5x 05 eot0/4x 04 etx0/3x 03 nak1/5x 15 jb/t 57551991 4 续表 1 代 号用列/行表示用十六进制表示 stk0/2x 02 ；3/11x 3b 13/1x 31 03/0x 30 3/12x 3c 3/14x 3e 6. 2 透明性 能传输任意代码数据称为传输的透明性，采用 gb 3453 中编码独立的信息传送控制规程，可达到 传输的透明性。 6. 3 半双工通信数据链路协议 6. 3. 1 报文传输 数据链路协议包括以下三个阶段： a. 建立数据链路阶段； b. 数据传输阶段； c. 结束阶段。 具体情况如表 2 所示，半双工通信流程见附录 b（参考件） 。 表 2 报文传输 srsrs dle enqdle 0dle stx text1 dle etx bcsdle 1 dle stx text2 dle etx bcsdle 0 dle stx text3 dle etx bcsdle 1 dle eot 建立数据链路阶段数 据 传 输 阶 段结束阶段 注：s 为发送站；r 为接收站。 6. 3. 1. 1 建立数据链路阶段 a. 建立数据链路阶段前，两站都要处于空闲状态，两站均允许起动传输。 b. 发送站发送 dle enq，请求接收站接收正文，若接收站同意进入数据传输阶段，则发送 dle 0，当发送站收到 dle 0 就进入数据传输阶段。 c. 若发送站接收到否认信号或超过 t1（见 6.3.2 条 b）周期仍未收到认可信号，则发送站发 dle enq 重新请求，最多可重发 4 次，若最后发送站仍没收到 dle 0，则表明接收站不可能接收任何正 文，发送站将发 dle eot 结束传输。 d. 优先权 半双工通信时，由于两站同时发送 dle enq，产生信号碰撞，故要确定优先权，规定主计算机 具有低的优先权，拥有高优先权的站发送的 dle enq 有效，而主计算机站要取消自己的请求，并发 送 dle 0 予以认可应答。 数据链路建立过程如图 4 所示。 jb/t 57551991 5 图 4 数据链路建立过程 注：1）在此期间，发送站只接收 dle 0 和 dle enq，其他信息均不予理睬。 2）在此期间，全部传输停止。 6. 3. 1. 2 数据传输阶段 a. 发送站在发送 dle stx 时进入数据传输阶段，接收站接收到 dle stx 后进入数据传输阶段。 b. 发送的正文不带传输控制字符序列，正文块长度可变，最多可传 512 个字节，每一个字节由任 意的八位二进制数码组成。 c. 接收站开始发送 dle 1 认可正确的接收块，而后交替发送 dle 0、dle 1 认可正确的接 收块。 d. 发送站收到有效的认可信号后，或发送下一正文块或进入结束阶段。 e. 若接收站希望结束传输，在它正确接收正文后，要发送带中断的认可应答 dle ，发送站接 收此信号后，进入传输结束阶段。 f. 传输正文中出现 dle 字符时，要在发送 dle 时插入一附加的 dle 字符，用双 dle 标记 dle 正 文字符，接收站要从接收的两个连续 dle 字符中消去一个，剩下的 dle 作为传输正文的一部分被接收。 g. 接收站若检测到差错，则以 dle nak 回答，并等待接收正文。 6. 3. 1. 3 结束阶段 任何时候可用 dle eot 结束接收站和发送站的传输，结束传输时，接收站和发送站要同时终止 传输。 6. 3. 2 定时器与超时控制 为了消除由于不正确的传输控制字符序列等原因造成的不确定状态，为此，设置下述定时器，利 用超时控制，达到重新起动、恢复或结束传输过程。 a. 接收定时器 t0 当接收站接收 dle stx 时，起动接收定时器 t0t0值见附录 a（参考件），若在 t0期间接收 站没有接收到 dle etx，则接收站发送 dle nak，并等待接收信息。 b. 应答定时器 t1 发送站发送 dle enq 或 bcs 时，要起动应答定时器 t1，若在 t1期间发送站没有从接收站收到 有效的认可控制字符序列，则发送站重发送最后传输的信息，最多可重发送 4 次。 c. 空闲定时器 t2 jb/t 57551991 6 接收站发送任一应答控制字符序列 dle 0、dle 1、dle 或 dle nak 时，要起动空闲 定时器 t2，若在 t2期间接收站没有从发送站收到有效传输控制字符序列（可以是 bcs 或 dle enq 或 dle eot）则接收站恢复到空闲状态。 6. 3. 3 差错处理 6. 3. 3. 1 差错检测 a. 按 gb 3453 规定，在数据传输过程中，对传输正文进行 crc 循环冗余检验，即发送站发送正 文后附加发送 bcs 块检验序列，接收站对接收的报文进行检验，以便发现差错。 bcs 块检验序列产生方法为：发送站把串行传送的正文序列与 dle etx 序列作为一个数，乘 以 x16，然后除以（模 2）生成多项式（x16+x12+x5+1） ，所得十六位余数为 bcs 块检验序列。为标记 目的插入的 dle 字符包括在正文字符序列内。 b. 发送站在发送 dle etx 序列后，以发送 bcs 的最高有效位开始，顺序发送两字节长的 bcs 块检验序列。 c. 接收站将收到的报文 （不包括 dle stx） 作为一个数除以 （模 2） 生成多项式 （x16+x12+x5+1） ， 如所得余数为 0，表示传输无差错。 6. 3. 3. 2 差错恢复 a. 在数据链路建立阶段， 发送站最多可重发4次dle enq （即共发5次） ， 若第4次重发送dle enq 后，发送站仍没有收到有效的认可控制字符序列，则它要发 dle eot，并使两站恢复到空闲状态。 b. 在数据传输阶段，若发送站接收到否认控制序列 dle nak，则它要重发送报文，最多重发 送 4 次；若此时发送站仍没有接收到有效的认可信号，它则要发送 dle enq 询问信号，最多可重发 送 4 次，若第 5 次询问均没有接收到有效的认可控制字符序列，则它要发送 dle eot，使其恢复到 空闲状态；当接收站收到 dle enq 时，它要重发送最后的认可控制序列。 6. 4 全双工通信数据链路协议 6. 4. 1 概述 本条规定了在采用全双工通信方式时，如何利用传输控制字符序列建立通信，传输报文和结束通信。 6. 4. 1. 1 硬件环境 硬件环境为： a. 异步串行传输； b. 交换或非交换链路； c. 全双工线； d. 点点连接。 6. 4. 1. 2 软件环境 软件环境为： a. 相关分块报文； b. 交错应答（传输之间应答） ； c. crc 差错检验； d. 交替认可。 6. 4. 1. 3 数据链路建立 a. 起动建立过程以前，发送 dle eot，使接收站和发送站的本地缓冲寄存器和标记复位，全双 工线被清零。 b. 建立过程 发送站发送 dle enq，并启动应答定时器，等待回答，接收站收到 dle enq 后，若准备接 jb/t 57551991 7 收信息，则发，dle 0。 c. 数据链路建立 接收站和发送站同时被启动，发送站即可开始发送报文。 数据链路建立过程如图 4 所示。 6. 4. 1. 4 数据传输阶段 全双工通信数据链路建立以后，任一发送站均可给接收站发送报文，发送报文的格式如图 5 所示。 图 5 传输报文格式 dle stx 报文正文开始 dle etx 报文正文结束 bcs 1 块检验序列高字节，bcs 2 块检验序列低字节。 报文正文最长包含 544 个字符。 接收站要用 dle 0、dle 1（或 ack 0、ack 1） 、dle nak、dle ；或 dle eot 等传输字符序列中的一个来应答接收的报文正文。 若发送的报文正文中有 dle 字符，则要插入一附加的 dle 字符，以达到传输的透明性，但插入 的 dle 字符不置于缓冲寄存器中，也不计算在报文正文长度内。 发送 bcs 2 字符后要启动应答定时器。 6. 4. 1. 5 应答 a. 接收站应答 接收站对接收的报文进行与半双工通信相同的 crc 循环冗余检验，如检验无差错，则接收站交替 发送 dle 1、dle 0 予以认可应答。 若检验有差错，则接收站发 dle nak，要求发送站重发报文。接收站最多可连续发 4 次 dle nak，若接收站连续 5 次未收到有效的报文，则接收站发送 dle eot 结束传输。 b. 发送站应答 发送站仅在应答定时器超时或收到有效应答之后，才能退出等待状态，并允许发送后续报文。 若接收站以 dle nak 应答，则发送站要重发上一次的报文，如果 4 次连续重发送后，仍未收 到有效认可信号，则发送站要发送 dle eot 结束传输。 c. 暂停发送状态的应答 当接收站正常接收信息后，暂不接收另外的信息，则发送 dle；给发送站予以认可应答，并要求 发送站暂停发送。 发送站收到 dle，暂停向接收站发送报文，并启动 wack 定时器（见 6.4.2.2 条） 。当 wack 定 时器超时动作时，发送站发 dle enq，若接收站还不能接收报文，则接收站仍发送 dle，予以应答； 若接收站能接收报文，则交替发送 dle 0、dle 1 予以认可应答。 由于上次发送的报文接收站已正常接收，因此暂停状态的应答不改变 dle 0/dle 1 的应答次 序，例如 dle 0 dle ；del 1。 d. dle enq 的应答 在数据链路建立阶段，接收站以 dle 0 应答 dle enq。 在报文传输过程中，若发送站发送 dle enq，则接收站要重发上次的应答。 在报文传输阶段，如果接收站在 dle stx 与 dle etx 之间检测到 dle enq，接收站认为 是传输差错，立即向发送站发送 dle nak。 jb/t 57551991 8 在暂停发送状态，对 dle enq 的应答见 6.4.1.5 条 c 中的说明。 6. 4. 1. 6 恢复规程 恢复规程适用于以下情况： a. 应答定时器（见 6.4.2.1 条）超时 当应答定时器超时时，发送站向接收站发dle enq，要求接收站重发上次的应答，最多可重发4 次。 b. 接收的 dle 0、dle 1 不匹配 若发送报文的链路状态与接收到的 dle 0、dle 1（或 ack 0、ack 1）不匹配，则发送 站发 dle enq，最多发 5 次，如 5 次发送后，仍未接收到正确的 dle 0，或 dle 1（或 ack 0、 ack 1） ，则发送 dle eot；若接收到的 dle 0、dle 1（或 ack 0、ack 1）与报文链路 匹配，则应答有效，开始下一步传输。 c. 接收 dle nak 否认传输控制字符序列 接收站收到无效报文， 或接收的报文检验有差错， 均向发送站发 dle nak。 当发送站接收到 dle nak 后要重发上次的报文，可重发 4 次，若仍接收到否认信号，则发送 dle eot 结束传输。若应 答有效，则开始下一步的传输，且无需改变应答 dle 1、dle 0 的交替顺序，例如，dle 0、dle 1、dle nak、dle 0。 6. 4. 1. 7 传输结束 接收站和发送站均可发送 dle eot。发送 dle eot 后，接收和发送站均终止传输。 6. 4. 2 定时器 6. 4. 2. 1 应答定时器 在接收到无效应答信号或无应答信号时，发送站利用应答定时器保护系统。在发送站发送 dle enq 或 bcs 2 后，以初始值启动应答定时器，当发送站接收到有效应答控制字符序列，如 dle 0、 dle 1、dle nak、dle eot 以后，停止应答定时器的工作。 当应答定时器超时动作时，发送站要发送 dle enq，最多允许超时重发 4 次，若此时发送站仍 未收到应答控制字符序列，则要发 dle eot 结束传输。 6. 4. 2. 2 wack 定时器 在暂停发送状态，发送站利用 wack 定时器确定它暂停发送的时间，在发送站从接收站接收到 dle；后，以初始值启动 wack 定时器，当 wack 定时器超时动作时，发送站要发送 dle enq 询 问接收站，若接收站可恢复传输，则要以 dle 0、dle 1（或 ack 0、ack 1）应答；若接收 站仍不能恢复传输，则要发 dle。 6. 4. 3 差错恢复 采用 crc 循环冗余检验进行差错检验， 它仅用于报文正文的传输， 不可应用于应答控制字符序列。 生成传输正文块的 crc 检验码方法与半双工通信方式相同（见 6.3.3.1 条） 。 由于通信线路故障，应答 dle 1 有可能产生下述差错： a. 误认为是 dle 0 被接收； b. 以任何无意义的字符表示，不能被识别； c. 误认为是 dle ；被接收； d. 误认为是 dle enq 被接收。 利用定时器和报文链路状态，可检测出上述各种差错，定时器超时动作时给发送站一警告，告知 应答丢失；若报文链路状态与 dle 0、dle 1（或 ack 0、ack 1）的标号不匹配，则表明发 jb/t 57551991 9 送站接收到的应答不正确。如果发送站确认接收到的 dle 1 无效时，则要发送 dle enq 进行询问。 6. 4. 4 数据链路控制协议举例 下列举例中报文的格式为： dle stx | 正文 | dle etx bcs 1 bcs 2 a. 起动通信链路 站 1 或站 2 dle eotdle enq 发送站 接收站 dle 0 注：任何一站均能启动通信链路，启动时，接收站和发送站同时被启动。 b. 终止紧接着启动 站 1 dle eot dle eotdle enq 发送站 （终止） 站 2 接收站 dle 0 c. 特殊情况起动 站 1 dle eot dle enq 发送站 站 2 dle eot dle 0 接收站 （忽略） d. 两站同时启动 站 1 dle eot dle enq dle 0 发送站/接收站 站 2 dle eot dle enq dle 0 发送站/接收站 e. 站 1 发送报文给站 2 站 1 发送站 报文 1 报文 2 报文 3 报文 4 站 2 dle 1 dle 0 dle 1 接收站 f. 站 2 发送报文给站 1 站 2 报文 1 报文 2 报文 3 报文 4 发送站 站 1 dle 1 dle 0 dle 1 接收站 jb/t 57551991 10 g. 站 1 发送报文给站 2，同时站 2 发送报文给站 1 站 11） 报文 1 报文 2 dle 1 报文 3 dle 0 报文 4 发送/接收站 站 21） dle 1 报文 1 dle 0 报文 2 dle 1 报文 3 发送/接收站 注：1）本标准不允许应答与报文一起发送。 h. 暂停发送 发送站 报文 1 报文 2 dle enq 报文 3 接收站 dle 1 dle ； dle 0 dle ； 发送站 dle enq dle enq 报文 4 接收站 （续上） dle ； dle 1 dle 0 i. 否认 发送站 报文 1 报文 2 报文 2 报文 3 接收站 dle 1 dle nak dle 0 j. 发送站终止传输 发送站 1） 报文 1 报文 2 dle eot 接收站 1） dle 1 dle 0 注：1）发送 dle eot 后，接收站和发送站均终止传输。 k. 接收站终止传输 发送站 1） 报文 1 报文 2 接收站 1） dle 1 dle eot 注：1）发送 dle eot 后，接收站和发送站均终止传输。 l. 应答超时 发送站 报文 1 报文 2 应答定时器超时动作 报文 2 dle enq 接收站 dle 1 无应答信号 dle 0 jb/t 57551991 11 附 录 a a1 本标准不定义具体定时值，只给出一个建议的方程式，可用来计算各定时器的值： t=nncdbpcbr（a1） 式中：t定时器值，毫秒； ncd传输字符数（半双工通信定为 518，全双工通信为 550） ； bpc每个字符的位数； br数据传输速率，位/秒； n系统延迟系数。 t 是传输报文长度和数据传输速率的函数，系统延迟系数 n 依赖系统和执行的传输过程。考虑传 输的透明性，传输包括 dle 字符的正文所需时间比一般正文要长，再考虑传输其他控制字符的时间。 建议系统延迟系数 n 最小取 3。 举例：如 bp=9600 位/秒 ncd=518 bpc=10 n=3 t=3518101000/9600=1619（毫秒） （参考件） 定 时 值 jb/t 57551991 12 附 录 b b1 建立数据链路阶段（启动）流程图见图 b1。 图 b1 （参考件） 半双工通信流程图 jb/t 57551991 13 b2 数据传输阶段流程图见图 b2。 图 b2 jb/t 57551991 14 b3 发送一个数据块的恢复过程流程图见图 b3。 图 b3 jb/t 57551991 15 附 录 c c1 37 芯连接器互连电路 c1. 1 使用 gb 6107 规定的非平衡双流电路时，37 芯连接器插针定义见表 c1，插针连线图见图 c1。 表 c1 插针号电路号说 明插针号电路号说 明 1屏蔽地24104接收数据 19102信号地9106发送准备好 4103发送数据27106发送准备好 6104接收数据301082数据终端准备好 图 c1 c1. 2 使用 gb 11014 规定的平衡双流电路时，37 芯连接器插针定义见表 c2，插针连线图见图 c2。 表 c2 插针号电路号说 明插针号电路号说 明 1屏蔽地7105请求发送 19102信号地9106发送准备好 4103发送数据11107数据设备准备好 22103发送数据121081数据终端准备好 6104接收数据301082数据终端准备好 （参考件） 使用 37 芯、25 芯、15 芯连接器的互连电路