HART協(xié)議的消息結(jié)構(gòu)
對于HART協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)我們在前面介紹了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。這次的文章中，我們來對它的消息結(jié)構(gòu)進行一下具體的描述。希望大家都能夠了解這方面的知識。并且掌握它的幀結(jié)構(gòu)。
消息結(jié)構(gòu)
如下所示，一條消息包括源地址、目的地址和一個校驗位。每一個應答消息中包括現(xiàn)場設備狀態(tài)，用于確保持續(xù)通訊的順暢進行。數(shù)據(jù)位可有可無，視具體情況而定。一般每秒種可以傳輸2～3條消息。
PREAMBLE START ADDRCOM BCNT STATUS DATA PARITY
序文 定界符 地址 命令號 數(shù)據(jù)長度 響應碼 數(shù)據(jù)字節(jié) 奇偶校驗
HART協(xié)議5．0版本以前版本的設備一般采用“短結(jié)構(gòu)”，單一的現(xiàn)場設備如果只利用4～20 mA電流信號進行測量時，從設備的地址都是0；否則，對于多設備而言，從設備的地址是從1～15，這種短結(jié)構(gòu)的地址采用“隨選”的方法，隨機分配1～15中的一個。HART協(xié)議5．0版本推出了“長結(jié)構(gòu)”，這種格式的從設備地址具有獨一無二性，如同每個網(wǎng)卡中物理地址一樣，全世界范圍內(nèi)都沒有重復，一般占5個地址字節(jié)中的38位。這38位地址信息包含了生產(chǎn)廠家的代碼、設備型號碼和設備識別碼。這種格式減少了誤傳輸和誤接收的可能性?，F(xiàn)在大多數(shù)主機設備既能支持長結(jié)構(gòu)又兼容短結(jié)構(gòu)，當從機的應答信號中沒有“唯一”標識碼時，HART協(xié)議5．0版本及其以上的版本提供的0號命令，就可以用于短幀中的設備地址識別。也就是說，主機將根據(jù)應答信號中是否具有“惟一”標識碼來決定結(jié)構(gòu)格式為“長”還是“短”。
一般消息幀的組成，其中：
（1）PREAMBLE導言字節(jié)，一般是5～20個FF十六進制字節(jié)。他實際上是同步信號，各通訊設備可以據(jù)此略做調(diào)整，保證信息的同步。在開始通訊的時候，使用的是20個FF導言，從機應答0信號時將告之主機他“希望”接收幾個字節(jié)的導言，另外主機也可以用59號命令告訴從機應答時應用幾位導言。
（2）START起始字節(jié)，他將告之使用的結(jié)構(gòu)為“長”還是“短”、消息源、是否是“突發(fā)”模式消息。主機到從機為短結(jié)構(gòu)時，起始位為02，長幀時為82。從機到主機的短結(jié)構(gòu)值為06，長結(jié)構(gòu)值為86。而為“突發(fā)”模式的短結(jié)構(gòu)值為01，長結(jié)構(gòu)為81。一般設備進行通訊接收到2個FF字節(jié)后，就將偵聽起始位。
（3）ADDR地址字節(jié)，他包含了主機地址和從機地址，如前所述，短結(jié)構(gòu)中占1字節(jié)，長結(jié)構(gòu)中占5字節(jié)。無論長結(jié)構(gòu)還是短結(jié)構(gòu)，因為HART協(xié)議中允許2個主機存在，所以我們用首字節(jié)的最高位來進行區(qū)分，值為1表示第一主機地址，第二主機用0表示。“突發(fā)”模式是特例，0，1值將交替出現(xiàn)，也就是說，在該模式下，賦予2個主機的機會均等。次高位為1表示為“突發(fā)”模式，短結(jié)構(gòu)用首字節(jié)的0～4位表示值為0～15的從機地址，第5，6位賦0；而長結(jié)構(gòu)用后6位表示從機的生產(chǎn)廠商的代碼，第2個字節(jié)表示從機設備型號代碼，后3～5個字節(jié)表示從機的設備序列號，構(gòu)成“唯一”標志碼。
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MA |
BM |
0 |
0 |
SA |
SA |
SA |
SA |
短幀地址結(jié)構(gòu)
另外，長結(jié)構(gòu)的低38位如果都是0的話表示的是廣播地址，即消息發(fā)送給所有的設備。
（4）COM命令字節(jié)，他的范圍為253個，用HEX的0～FD表示。31，127，254，255為預留值。
（5）BCNT數(shù)據(jù)總長度，他的值表示的是BCNT下一個字節(jié)到最后（不包括校驗字節(jié)）的字節(jié)數(shù)。接收設備用他可以鑒別出校驗字節(jié)，也可以知道消息的結(jié)束。因為規(guī)定數(shù)據(jù)最多為25字節(jié)，所以他的值是從0～27。
（6）STATUS狀態(tài)字節(jié)，他也叫做“響應碼”，顧名思義，他只存在于從機響應主機消息的時候，用2字節(jié)表示。他將報告通訊中的錯誤、接收命令的狀態(tài)（如：設備忙、無法識別命令等）和從機的操作狀態(tài)。
如果我們在通訊過程中發(fā)現(xiàn)了錯誤，首字節(jié)的最高位（第7位）將置1，其余的7位將匯報出錯誤的細節(jié)，而第2個字節(jié)全為0。否則，當首字節(jié)的最高位為0時，表示通訊正常，其余的7位表示命令響應情況，第2個字節(jié)表示場設備狀態(tài)的信息。
UART發(fā)現(xiàn)的通訊錯誤一般有：奇偶校驗、溢出和結(jié)構(gòu)錯誤等。命令響應碼可以有128個，表示錯誤和警告，他們可以是單一的意義，也可以有多種意義，我們通過特殊命令進行定義、規(guī)定?，F(xiàn)場設備狀態(tài)信息用來表示故障和非正常操作模式。
（7）在HART協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)中，DATA數(shù)據(jù)字節(jié)，首先我想說明的是并非所有的命令和響應都包含數(shù)據(jù)字節(jié)，他最多不超過25字節(jié)（隨著通訊速度的提高，正在要求放寬這一標準）。數(shù)據(jù)的形式可以是無符號的整數(shù)（可以是8，16，24，32 b），浮點數(shù)（用IEEE754單精浮點格式）或ASCII字符串，還有預先制定的單位數(shù)據(jù)列表。具體的數(shù)據(jù)個數(shù)根據(jù)不同的命令而定。
（8）CHK奇偶校驗，方式是縱向奇偶校驗，從起始字節(jié)開始到奇偶校驗前一個字節(jié)為止。另外，每一個字節(jié)都有1位的校驗位，這兩者的結(jié)合可以檢測出3位的突發(fā)錯誤。
