1. SECS-II 协议概述：SECS-II 在 SECS/GEM 协议栈中的位置、消息类型与功能
SECS-II（SEMI Equipment Communications Standard Part 2）是 SECS/GEM 协议栈中定义消息内容与语义的核心层。它规定了设备与主机之间交换的每条消息的结构、编码规则、数据类型以及事务处理机制。理解 SECS-II 的位置与功能，是进行协议栈移植和消息事务处理的基础。
1.1 SECS-II 在协议栈中的位置
SECS/GEM 协议栈采用分层架构，从物理介质到应用语义逐层封装。SECS-II 位于传输层（HSMS/SECS-I）之上、应用层（GEM）之下，承担着“消息格式化与语义解释”的桥梁作用。
| 层级 | 协议/标准 | 主要职责 | 典型数据单元 |
|---|---|---|---|
| 应用层 | GEM (E30, E37, E39...) | 定义设备行为模型、状态机、报警、远程控制等语义 | GEM 状态、集合、事件通知 |
| 表示层 | SECS-II (E5) | 消息结构、数据类型、编码、事务处理 | SECS-II Message (Stream/Function) |
| 传输层 | HSMS (E37) / SECS-I (E4) | 连接管理、消息分帧、可靠传输、重传机制 | HSMS Message / SECS-I Block |
| 物理层 | TCP/IP / RS-232 | 比特流传输、电气特性 | TCP Segment / Serial Frame |
从移植角度看，SECS-II 层是协议栈中最复杂、最易出错的部分。它不依赖底层传输介质（TCP 或串口），但必须严格遵循 SEMI E5 标准中的消息编码规则和事务处理规则。
1.2 SECS-II 消息类型与功能
SECS-II 消息由 Stream（流）和 Function（功能）两个维度唯一标识，格式为 S<n>F<m>，例如 S1F1、S6F11。Stream 表示消息的类别，Function 表示该类别下的具体操作。
1.2.1 Stream 分类
SEMI E5 标准定义了 0~255 个 Stream，其中 0~127 为标准 Stream，128~255 为用户自定义 Stream。以下是常用的标准 Stream：
| Stream | 名称 | 功能描述 | 典型消息 |
|---|---|---|---|
| S1 | 设备通信控制 | 建立/断开连接、设备状态查询、通信超时管理 | S1F1 (Are You There), S1F13 (Establish Communications Request) |
| S2 | 设备控制与诊断 | 设备参数读写、远程命令、诊断数据获取 | S2F17 (Remote Command), S2F41 (Host Command Send) |
| S5 | 报警管理 | 报警上报、报警列表查询、报警使能/禁用 | S5F1 (Alarm Report), S5F3 (Enable/Disable Alarm) |
| S6 | 数据收集与事件 | 事件通知、数据变量上报、跟踪数据收集 | S6F11 (Event Report), S6F15 (Data Report) |
| S7 | 设备标识与配方 | 设备 ID、配方管理、物料跟踪 | S7F1 (Equipment ID), S7F19 (Current Recipe Request) |
| S10 | 终端服务 | 终端显示消息、操作员交互 | S10F1 (Terminal Display), S10F3 (Terminal Request) |
1.2.2 Function 方向与事务类型
每个 Function 编号的奇偶性决定了消息的方向和事务角色：
- 奇数 Function（F1, F3, F5...）：Primary Message（主消息），由发起方发送，用于发起一个事务。
- 偶数 Function（F2, F4, F6...）：Secondary Message（次消息），由响应方发送，用于回复对应的 Primary 消息。
例如：
S1F1（Primary）：主机发送“Are You There”查询设备是否在线。S1F2（Secondary）：设备回复“Yes, I am here”并携带设备状态信息。
1.3 SECS-II 消息结构
一条完整的 SECS-II 消息由消息头（Message Header）和消息体（Message Body）组成。消息体包含一个或多个数据项（Data Item），每个数据项由数据项头（Item Header）和数据内容（Data Content）构成。
SECS-II Message
├── Message Header (10 bytes)
│ ├── Device ID (2 bytes) // 设备标识
│ ├── Stream (1 byte) // 流号
│ ├── Function (1 byte) // 功能号
│ ├── W-bit (1 bit) // 等待位（是否需要回复）
│ ├── System Bytes (4 bytes) // 系统字节（事务ID）
│ └── Reserved (2 bytes) // 保留
│
└── Message Body (可变长度)
├── Data Item 1
│ ├── Item Header (2-4 bytes)
│ │ ├── Item Format Code (1 byte) // 数据类型编码
│ │ └── Item Length (1-3 bytes) // 数据长度
│ └── Item Data (N bytes)
├── Data Item 2
│ └── ...
└── Data Item N
1.4 数据类型与编码
SECS-II 定义了丰富的数据类型（Format Code），用于表示整数、浮点数、字符串、列表等。在协议栈移植中，数据类型编解码是核心工作之一。
| Format Code | 类型名称 | 字节长度 | 说明 |
|---|---|---|---|
0x00 |
LIST | 可变 | 列表，包含多个子数据项 |
0x10 |
BIN | 1~N | 二进制数据 |
0x20 |
BOOLEAN | 1 | 布尔值（0x00=False, 0x01=True） |
0x30 |
ASCII | 1~N | ASCII 字符串 |
0x40 |
INT8 | 1 | 有符号 8 位整数 |
0x50 |
INT16 | 2 | 有符号 16 位整数（大端序） |
0x60 |
INT32 | 4 | 有符号 32 位整数（大端序） |
0x70 |
INT64 | 8 | 有符号 64 位整数（大端序） |
0x80 |
UINT8 | 1 | 无符号 8 位整数 |
0x90 |
UINT16 | 2 | 无符号 16 位整数（大端序） |
0xA0 |
UINT32 | 4 | 无符号 32 位整数（大端序） |
0xB0 |
UINT64 | 8 | 无符号 64 位整数（大端序） |
0xC0 |
FLOAT4 | 4 | 单精度浮点数（IEEE 754） |
0xD0 |
FLOAT8 | 8 | 双精度浮点数（IEEE 754） |
- 字节序：SECS-II 所有多字节整数和浮点数均使用大端序（Big-Endian）。在 x86 平台移植时，必须进行字节序转换。
- LIST 嵌套：LIST 可以嵌套任意层数，编解码器必须支持递归解析。
- 长度编码：数据项长度字段支持 1~3 字节变长编码，需要根据第一个字节的高位判断长度格式。
1.5 事务处理机制
SECS-II 的事务处理基于请求-响应模型，由 System Bytes（系统字节）唯一标识一个事务。关键规则如下：
- 事务发起：发送 Primary 消息时，分配一个唯一的 System Bytes 值（通常为递增计数器）。
- 事务匹配：接收方在回复 Secondary 消息时，必须原样复制 Primary 消息中的 System Bytes。
- W-bit（等待位）：如果 W-bit = 1，表示发送方期望收到回复；如果 W-bit = 0，表示不需要回复（单方向消息）。
- 超时处理：发送方在发送 W-bit=1 的消息后，启动 T3 定时器（Reply Timeout），如果在规定时间内未收到回复，则触发超时重传或错误处理。