SECSGEM协议栈与MES系统数据交互设计 - 第4节
4.1 SECS-II 消息格式概述
SECS-II（SEMI Equipment Communications Standard Part 2）定义了设备与主机之间交换的消息内容与结构。它是 SECS/GEM 协议栈中承载业务数据的核心层，位于 HSMS 或 RS-232 传输层之上。SECS-II 消息采用自描述、类型化的编码方式，确保不同厂商的设备与 MES 系统能够无歧义地解析数据。
关键概念：SECS-II 消息 = 消息头（Message Header）+ 消息体（Message Body / Data Item）。消息头固定 10 字节，消息体由若干数据项（Item）按树形结构嵌套组成。
4.1.1 消息头结构
每个 SECS-II 消息都包含一个 10 字节的消息头，其字段定义如下：
| 字节偏移 | 字段名称 | 长度（字节） | 说明 |
|---|---|---|---|
| 0 | Length | 4 | 消息体总长度（大端序），不含消息头自身 |
| 4 | Device ID | 2 | 设备标识符，用于多设备场景 |
| 6 | Stream | 1 | 消息流编号（0~127） |
| 7 | Function | 1 | 消息功能编号（0~255） |
| 8 | WBit | 1 | Wait Bit（0/1），表示是否需要回复 |
| 9 | System Bytes | 1 | 系统字节，用于消息匹配与超时控制 |
注意：消息头中的 Stream 和 Function 共同决定了消息的语义。例如 Stream 1 Function 1（S1F1）表示“Are You There”请求，而 S1F2 是对应的回复。
4.1.2 消息体数据项编码
SECS-II 消息体由数据项（Data Item）组成，每个数据项包含三个部分：
- Item Header（2~3 字节）：包含格式码（Format Code）、长度字节数、数据长度。
- Data：实际数据内容，按格式码解释。
- 嵌套结构：List 类型（格式码 0x00）可包含子 Item，形成树形结构。
// 示例：S1F1 消息体（空体，无数据项）
消息头：00 00 00 00 00 01 01 01 01 00
// 解释：Length=0, Device ID=1, Stream=1, Function=1, WBit=1, System=0
// 示例：S1F3 消息体（包含一个 ASCII 字符串）
消息头：00 00 00 0A 00 01 01 03 01 00
消息体：41 0A 4D 6F 64 65 6C 4E 61 6D 65
// 解释：Format=0x41 (ASCII), Length=10, 数据="ModelName"4.2 Stream 与 Function 概念
SECS-II 使用 Stream（流）和 Function（功能）两个维度对消息进行分类。Stream 表示消息的功能领域，Function 表示该领域内的具体操作。每个消息由 S<Stream>F<Function> 唯一标识。
4.2.1 Stream 分类
| Stream 编号 | 功能领域 | 典型用途 |
|---|---|---|
| 1 | 设备状态与控制 | 通信建立、状态查询、远程控制 |
| 2 | 设备数据收集 | 报告请求、数据变量获取 |
| 3 | 材料管理 | 晶圆/料盒状态、物料追踪 |
| 4 | 配方管理 | 配方上传、下载、验证 |
| 5 | 报警管理 | 报警上报、确认、清除 |
| 6 | 数据日志 | 事件日志、追溯数据 |
| 7 | 设备终端服务 | 操作员消息、显示控制 |
| 10+ | 厂商自定义 | 扩展功能、私有协议 |
4.2.2 Function 编号规则
- 奇数 Function：主消息（Primary Message），通常由发起方发送。
- 偶数 Function：回复消息（Secondary Message），由接收方回复。
- Function 0：保留，用于特殊控制。
- Function 255：保留，用于扩展。
示例：S1F1（主消息）→ 设备回复 S1F2（回复消息）。S2F17（主消息，请求数据）→ 设备回复 S2F18（回复消息，返回数据）。
4.3 Message ID 与 Wait Bit
4.3.1 Message ID（消息标识）
每个 SECS-II 消息在传输层由 System Bytes（系统字节）唯一标识。System Bytes 是一个 1 字节的计数器（0~255），由发送方维护。接收方在回复消息中携带相同的 System Bytes，用于消息匹配和超时重传。
最佳实践：在 MES 与设备通信时，建议为每个会话维护独立的 System Bytes 计数器，避免消息 ID 冲突。对于高吞吐场景，可使用 4 字节扩展 System Bytes（SEMI E37 标准）。
4.3.2 Wait Bit（WBit）
Wait Bit 是消息头第 9 字节的最高位（bit 7），用于指示发送方是否期望接收方回复：
- WBit = 1：发送方等待回复。接收方必须回复对应的偶数 Function 消息。
- WBit = 0：发送方不等待回复。接收方无需回复（单向消息）。
| 场景 | WBit 设置 | 典型消息 |
|---|---|---|
| 查询设备状态 | 1 | S1F1（Are You There） |
| 发送报警通知 | 0 | S5F1（Alarm Report） |
| 下载配方 | 1 | S7F3（Process Program Send） |
| 终端显示消息 | 0 | S7F1（Terminal Display） |
注意：如果发送方设置 WBit=1 但接收方未在超时时间内回复，发送方应触发超时重传机制（T3 超时）。重传次数通常为 3 次，超过后应断开连接并上报错误。
4.4 消息交互模式总结
结合 Stream/Function 与 WBit，SECS-II 定义了三种基本交互模式：
| 模式 | 描述 | WBit | 示例 |
|---|---|---|---|
| 请求-回复 | 主机发送请求，设备回复结果 | 1 | S1F1 → S1F2 |
| 单向通知 | 设备主动上报事件，无需回复 | 0 | S5F1（报警上报） |
| 多块传输 | 大数据分块发送，每块需确认 | 1 | S6F1 → S6F2（多块数据） |
MES 集成要点：在设计 MES 与设备的通信逻辑时，必须根据业务场景正确设置 WBit。对于关键操作（如配方下载、状态查询），应使用 WBit=1 并实现超时重传；对于非关键事件（如日志上报），可使用 WBit=0 减少网络开销。