现场总线控制系统（FCS）系列：Bosch Rexroth Sercos III_（7）.SercosIII的通信协议.docx

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SercosIII的通信协议

通信协议概述

SercosIII（SerialReal-timeCommunicationSystem）是一种用于工业自动化领域的高性能通信协议，广泛应用于运动控制、I/O设备和安全通信。SercosIII在SercosII的基础上进行了扩展和优化，支持更高速的数据传输和更灵活的网络配置。本节将详细介绍SercosIII的通信协议原理和内容，包括其物理层、数据链路层、网络层和应用层的具体实现。

物理层

1.传输介质

SercosIII使用光纤或双绞线作为传输介质，以支持高速和长距离的通信。光纤传输介质适用于更长的距离和更高的数据速率，而双绞线则适用于较短的距离和中等数据速率。

2.信号编码

SercosIII采用8B/10B编码，这是一种将8位数据编码为10位传输符号的方法，旨在确保数据传输的可靠性和时钟同步。8B/10B编码通过插入额外的位来实现直流平衡和时钟恢复，从而减少信号干扰和提高数据传输的稳定性。

3.传输速率

SercosIII支持多种传输速率，包括100Mbps、200Mbps和400Mbps。不同的传输速率适用于不同的应用需求，例如高速运动控制需要更高的数据速率，而普通的I/O设备则可能使用较低的数据速率。

数据链路层

1.帧结构

SercosIII的数据链路层使用帧结构来组织数据传输。每个帧包含以下几个部分：

前导码（Preamble）：用于同步接收设备。

帧开始标志（FrameStartDelimiter）：表示帧的开始。

目的地址（DestinationAddress）：标识接收设备的地址。

源地址（SourceAddress）：标识发送设备的地址。

控制字段（ControlField）：包含帧类型和其他控制信息。

数据字段（DataField）：包含实际传输的数据。

帧结束标志（FrameEndDelimiter）：表示帧的结束。

帧校验序列（FrameCheckSequence,FCS）：用于检测传输错误。

2.帧类型

SercosIII支持多种帧类型，主要包括：

周期性帧（PeriodicFrame）：用于实时数据传输，如运动控制数据和I/O数据。

非周期性帧（AperiodicFrame）：用于非实时数据传输，如配置和诊断数据。

广播帧（BroadcastFrame）：用于向网络中的所有设备发送数据。

多播帧（MulticastFrame）：用于向特定的一组设备发送数据。

3.帧传输

SercosIII使用环形网络拓扑结构，设备之间以环形方式连接。周期性帧按照固定的周期进行传输，非周期性帧则在需要时发送。帧传输过程中，设备会进行数据的校验和重传，以确保数据的完整性。

网络层

1.网络配置

SercosIII的网络配置非常灵活，支持动态和静态配置。动态配置允许设备在运行过程中动态加入或退出网络，而静态配置则在系统初始化时确定网络拓扑和设备配置。

2.路由和寻址

SercosIII使用全局和局部地址进行路由和寻址。全局地址（GlobalAddress）用于在大型网络中唯一标识设备，局部地址（LocalAddress）用于在同一子网内的设备间通信。网络中的每个设备都有一个唯一的地址，确保数据能够准确地传输到目标设备。

3.网络管理

SercosIII的网络管理功能包括设备发现、网络诊断和故障处理。设备发现过程中，主设备会广播请求，所有从设备响应，主设备根据响应信息进行设备配置。网络诊断功能可以检测网络中的通信状态和设备状态，故障处理功能则在检测到故障时进行相应的处理，以确保网络的稳定运行。

应用层

1.数据模型

SercosIII的应用层数据模型基于对象字典（ObjectDictionary），每个设备都有一个对象字典，用于存储设备的相关信息和配置参数。对象字典中的对象分为标准对象和自定义对象，标准对象遵循SercosIII标准定义，自定义对象则由设备制造商定义。

2.通信服务

SercosIII提供多种通信服务，包括实时数据传输、参数设置、状态监控和故障诊断。实时数据传输服务用于设备之间的高速数据交换，参数设置服务用于配置设备的参数，状态监控服务用于监测设备的状态，故障诊断服务用于检测和处理设备故障。

3.安全通信

SercosIII支持安全通信，可以实现设备的安全配置和数据的加密传输。安全通信功能通过使用安全协议和安全对象来实现，确保数据在传输过程中的安全性和完整性。

代码示例

以下是一个使用SercosIII进行设备配置和数据传输的代码示例。假设我们使用C++编写一个控制程序，通过Sercos