基于HSMS通信标准的SECS通讯程序

HSMS（High-Speed SECS Message Services）通信标准的SECS通讯程序开发 结合SEMI E37标准核心规范

一、HSMS协议核心机制

1. 连接模式与状态机

模式	角色	关键流程
被动模式	设备端（服务端）	监听端口（默认5000）→ 接收TCP连接 → 处理Select.req → 回复Select.rsp → 进入SELECTED状态
主动模式	主机端（客户端）	发起TCP连接 → 发送Select.req → 接收Select.rsp → 进入SELECTED状态

状态迁移：

NOT CONNECTED→ CONNECTED→ SELECTED（数据可传输）。

2. 消息结构解析

• 消息头（10字节）：

  public class HsmsHeader
  {
      public ushort SessionId { get; set; }   // 设备标识（如0x0001）
      public byte Stream { get; set; }         // 数据消息：高1位=W-bit，低7位=Stream号
      public byte Function { get; set; }       // Function编号
      public byte PType { get; } = 0;          // 固定0（SECS-II编码）
      public byte SType { get; set; }          // 消息类型（0=数据，1=Select.req，2=Select.rsp等）
      public uint SystemBytes { get; set; }    // 事务唯一标识
  }
  

• 消息体：SECS-II编码的嵌套结构（List/Item），支持数据类型（ASCII、U4、Binary等）。

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二、核心功能实现

1. 连接管理（C#示例）

// 被动模式服务端
TcpListener listener = new TcpListener(IPAddress.Any, 5000);
listener.Start();
TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();

// 主动模式客户端
TcpClient client = new TcpClient();
client.Connect("192.168.1.100", 5000);

2. Select协议握手

// 主机端发送Select.req
byte[] selectReq = new byte[] {
    0x00, 0x00, 0x00, 0x0A, // 长度=10
    0x00, 0x01,             // SessionId=1
    0x00, 0x00,             // HeaderByte2/3（控制消息为0）
    0x00,                   // PType=0
    0x01,                   // SType=1（Select.req）
    0x00, 0x00, 0x00, 0x01  // SystemBytes=1
};
client.GetStream().Write(selectReq, 0, selectReq.Length);

// 设备端回复Select.rsp（成功）
byte[] selectRsp = new byte[] {
    0x00, 0x00, 0x00, 0x0A, 
    0x00, 0x01,             // 与req的SessionId一致
    0x00, 0x00,             // HeaderByte2/3
    0x00,                   
    0x02,                   // SType=2（Select.rsp）
    0x00, 0x00, 0x00, 0x01   // SystemBytes与req一致
};

3. 心跳维持（Linktest）

// 定时发送Linktest.req（每30秒）
Timer linktestTimer = new Timer(_ => 
{
    byte[] linktestReq = CreateHsmsMessage(SType: 5, sessionId: 0xFFFF); // SType=5
    client.GetStream().Write(linktestReq);
}, null, 0, 30000);

// 接收端回复Linktest.rsp（SType=6）
if (receivedMsg.SType == 5) 
{
    byte[] linktestRsp = CreateHsmsMessage(SType: 6, sessionId: 0xFFFF);
    SendMessage(linktestRsp);
}

4. SECS-II消息封装（S1F1示例）

// 设备状态查询（S1F1）
public byte[] CreateS1F1()
{
    // HSMS头部
    var header = new HsmsHeader {
        Stream = 0x81,    // Stream=1, W-bit=1（需回复）
        Function = 0x01,  // Function=1
        SType = 0          // 数据消息
    };
    
    // SECS-II消息体（空List）
    byte[] body = new byte[] { 0x01 }; // List项数量=0（0x01表示1个空List）
    return CombineHeaderAndBody(header, body);
}

// 设备回复S1F2（含设备状态）
public byte[] CreateS1F2(string equipmentStatus)
{
    // ASCII编码状态字符串
    byte[] statusBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(equipmentStatus);
    byte[] itemHeader = new byte[] { 0x41, (byte)statusBytes.Length }; // 0x41=ASCII类型
    byte[] body = itemHeader.Concat(statusBytes).ToArray();
    return CombineHeaderAndBody(new HsmsHeader { Stream=0x01, Function=0x02 }, body);
}

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三、优化

1. 异步消息处理

// 异步接收消息
async Task ReceiveLoopAsync(TcpClient client)
{
    NetworkStream stream = client.GetStream();
    byte[] buffer = new byte[4096];
    while (true)
    {
        int read = await stream.ReadAsync(buffer, 0, buffer.Length);
        var message = ParseHsmsMessage(buffer, read);
        ProcessMessage(message); // 根据SType/Stream分发处理
    }
}

2. 状态机管理

public enum ConnectionState { NotConnected, ConnectedNotSelected, Selected }
private ConnectionState _state = ConnectionState.NotConnected;

// 状态迁移逻辑
void UpdateState(HsmsMessage msg)
{
    if (msg.SType == 1 && _state == ConnectionState.ConnectedNotSelected) 
    {
        SendSelectRsp(msg); // 回复Select.rsp
        _state = ConnectionState.Selected;
    }
    else if (msg.SType == 3) // Deselect.req
    {
        SendDeselectRsp(msg);
        _state = ConnectionState.ConnectedNotSelected;
    }
}

3. 超时与重试

// T3回复超时（默认15秒）
public async Task<T> SendWithTimeout<T>(byte[] request, int timeout = 15000)
{
    var cts = new CancellationTokenSource(timeout);
    SendMessage(request);
    return await WaitForResponseAsync(requestId, cts.Token);
}

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四、应用场景示例

1. 设备状态监控

sequenceDiagram
    participant Host
    participant Equipment
    Host->>Equipment: S1F1（状态查询）
    Equipment->>Host: S1F2（返回"RUNNING"）
    Equipment->>Host: S5F1（主动上报报警）
    Host->>Equipment: S5F2（确认报警）

2. 配方下发流程

// 主机下发配方（S7F3）
byte[] recipeData = LoadRecipe("recipe123");
SendMessage(CreateS7F3(recipeData));

// 设备接收并回复（S7F4）
if (receivedMsg.Stream == 7 && receivedMsg.Function == 3)
{
    SaveRecipe(receivedMsg.Data);
    SendMessage(CreateS7F4(0)); // 0=成功
}

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五、总结

开发HSMS/SECS通讯程序需聚焦：

1. 协议分层实现：
   • TCP连接 → HSMS会话管理（Select/Linktest） → SECS-II消息编解码
2. 健壮性设计：
   • 状态机严格匹配SEMI E37规范
   • 异步IO+超时重试应对网络波动
3. 工具链支持：
   • 调试工具：Wireshark（过滤tcp.port==5000）
   • 测试工具：SEComSimulator模拟设备端逻辑

参考：

• 基于HSMS通信标准的SECS通讯程序 www.youwenfan.com/contentcnl/112172.html

• SECS-II编码器 github.com/SECS-II-Encoder

  扩展方向：

• 集成GEM（SEMI E30）实现设备控制标准化

• 添加TLS加密提升工业网络安全