📚 课程目录第4章 SECS/GEM通信协议实战

4. SECS/GEM通信协议实战

在EAP系统开发中，SECS/GEM是设备与主机之间最核心的通信标准。理解协议分层、消息编码规则以及典型会话流程，是写出稳定通信代码的前提。本节从SECS-II消息结构入手，逐步展开HSMS连接建立、S1F1/S1F2与S1F13/S1F14交互，以及事件与报警上报的代码实现方式。

一、SECS-II消息结构：从数据项到消息体

SECS-II消息由消息头（Header）和消息体（Body）组成。消息头固定10字节，包含设备ID、消息ID（Stream/Function）、等待位（W-bit）、系统字节和状态字节。消息体则由若干数据项（Data Item）按顺序排列，每个数据项由格式字节和长度字节描述，再跟实际数据。

格式字节高6位表示格式码，低2位表示长度字节数。例如格式码0b101001表示ASCII字符串，长度字节数由低2位决定。常见格式码包括：

0o20（0x10）：二进制（Binary）
0o21（0x11）：布尔（Boolean）
0o24（0x14）：有符号整型（I1/I2/I4/I8）
0o30（0x18）：无符号整型（U1/U2/U4/U8）
0o44（0x24）：ASCII字符串
0o00（0x00）：列表（List），用于嵌套结构

以S1F1（Are You There）为例，其消息体通常为空列表，编码后为0x01 0x00（List，长度0）。而S1F2（On Line Data）的响应体可能包含设备型号、软件版本等ASCII字符串，编码时需先写List头，再依次写入各数据项。

示例：假设设备型号为“EAP-3000”，软件版本为“1.2.5”，S1F2消息体可编码为：

List (长度 = 2)
  ASCII "EAP-3000"  → 0x41 0x08 0x45 0x41 0x50 0x2D 0x33 0x30 0x30 0x30
  ASCII "1.2.5"     → 0x41 0x05 0x31 0x2E 0x32 0x2E 0x35

实际开发中，建议使用成熟的SECS-II编解码库（如Java的SECS4Net、Python的secsgem），避免手工拼接字节流。但理解编码规则有助于排查通信异常，例如长度字节数错误会导致接收方解析越界。

二、HSMS连接建立：从TCP到Select状态

HSMS（High-Speed SECS Message Services）基于TCP/IP，默认端口5000。连接建立分为三个阶段：TCP三次握手、HSMS Select请求/响应、进入Selected状态。只有进入Selected状态后，才能收发SECS-II消息。

HSMS控制消息使用10字节头，其中Session ID为0xFFFF，Stream/Function为0，PType=0，SType表示控制类型。关键SType包括：

0x01：Select.req
0x02：Select.rsp
0x03：Deselect.req
0x04：Deselect.rsp
0x09：Linktest.req
0x0A：Linktest.rsp

主动方（通常是EAP）发送Select.req，被动方（设备）回复Select.rsp，状态码0表示成功。若设备未就绪，可能返回状态码1（已激活）或2（未激活）。EAP需实现超时重试机制，典型超时时间为45秒，重试间隔5秒。

三、S1F1/S1F2与S1F13/S1F14的代码实现

S1F1用于确认设备在线，S1F2返回设备信息。S1F13用于建立通信，S1F14返回通信确认。两者都带W-bit，要求对方回复。以下以Python secsgem库为例，展示核心代码结构。

from secsgem.hsms import HsmsConnection
from secsgem.secs import SecsStreamFunction

# 建立HSMS连接
conn = HsmsConnection(host="192.168.1.100", port=5000, active=True)
conn.connect()

# 发送S1F1并等待S1F2
s1f1 = SecsStreamFunction(1, 1, wbit=True)
s1f2 = conn.send_and_wait(s1f1, timeout=10)
if s1f2:
    print("设备在线，型号：", s1f2.body[0].value)
    print("软件版本：", s1f2.body[1].value)

# 发送S1F13并等待S1F14
s1f13 = SecsStreamFunction(1, 13, wbit=True)
s1f14 = conn.send_and_wait(s1f13, timeout=10)
if s1f14 and s1f14.body[0].value == 0:
    print("通信建立成功")

实际项目中，需将发送与等待封装为异步回调，避免阻塞主线程。同时要处理超时、重发和连接断开重连。建议为每个Stream/Function定义独立的处理函数，并维护会话状态机。

四、事件与报警上报

设备通过S6F11（Event Report）上报事件，通过S5F1（Alarm Report）上报报警。EAP需先通过S2F33（Define Report）和S2F35（Link Event Report）配置事件与报告ID的映射，再通过S2F37（Enable/Disable Event）使能事件。

典型流程：EAP发送S2F33定义报告，包含报告ID和VID列表；发送S2F35将报告ID与事件ID绑定；发送S2F37使能事件。设备触发事件后，主动发送S6F11，携带报告ID和对应数据。EAP收到后回复S6F12（Ack）。

提示：报警上报使用S5F1，包含报警代码、报警类型（如0x01表示个人安全，0x02表示设备安全）和报警文本。EAP需回复S5F2确认。报警通常需要与MES联动，触发工单或停机逻辑。

代码实现时，需注册事件回调。以下为S6F11处理示例：

def on_s6f11(handler, message):
    report_id = message.body[0].value
    event_id = message.body[1].value
    data = message.body[2]
    print(f"收到事件：报告ID={report_id}, 事件ID={event_id}")
    # 解析数据并更新EAP状态
    handler.send_response(message, SecsStreamFunction(6, 12))

conn.register_callback(6, 11, on_s6f11)

报警处理类似，注册S5F1回调并回复S5F2。注意：事件和报警的使能状态需在设备重启后重新配置，EAP应实现自动重连和重新使能逻辑。

五、实战要点与排障建议

消息编码校验：使用Wireshark抓包时，注意HSMS头10字节与SECS-II体的分界。常见错误是长度字节数计算错误，导致解析偏移。
连接状态管理：HSMS连接可能因网络抖动断开，需实现心跳（Linktest）和自动重连。Linktest.req/rep每30秒一次，超时3次则判定断线。
事件使能顺序：必须先S2F33定义报告，再S2F35绑定事件，最后S2F37使能。顺序错误会导致设备不发送S6F11。
报警去重：设备可能重复上报同一报警，EAP需根据报警代码和时间戳去重，避免频繁触发MES工单。

掌握以上内容后，即可完成EAP与设备之间基础的SECS/GEM通信链路搭建。实际开发中，建议先使用模拟器（如SECS Simulator）验证消息交互，再接入真实设备调试。