4. SECS-I串行通信与协议转换

SECS-I（SEMI E4）是SECS/GEM体系中最早被标准化的物理层与数据链路层协议，它把SECS-II消息封装成定长块，通过RS-232串行链路在设备与主机之间传输。虽然现代300mm设备普遍采用HSMS（SEMI E37）走TCP/IP，但大量200mm及更早的设备、部分量测机台和特殊工艺设备仍然只提供SECS-I接口。做一致性测试时，必须理解SECS-I的块传输、握手、重试与超时机制，才能判断设备行为是否符合标准，也才能正确设计协议转换网关的测试用例。

块传输与握手信号

SECS-I把一条SECS-II消息切分成若干数据块，每块最大244字节（含10字节块头，实际数据最多234字节）。块头结构固定：设备ID（2字节）、消息ID（4字节，高2位为R-bit，低30位为消息编号）、块号（2字节，最高位为E-bit表示最后一块）。发送方按块号递增发送，接收方逐块确认。

握手采用独立的控制信号线，而不是数据字节：发送方拉低ENQ（请求发送），接收方若准备好则回EOT，否则回NAK；发送方收到EOT后发送数据块，接收方校验后回ACK或NAK。整个过程由RS-232的RTS/CTS/DTR/DSR等信号配合，形成严格的半双工交互。测试时最常观察的异常是：设备在收到EOT后长时间不发数据、收到NAK后不重发、或E-bit置位错误导致接收方一直等待后续块。

重试机制与超时参数

SECS-I定义了四个关键超时参数，它们直接决定通信的鲁棒性，也是一致性测试的重点：

测试时可以用串口监听工具人为制造超时：例如在设备发出ENQ后不回复EOT，观察主机是否在T1后重发ENQ，并统计重发次数是否等于RTY。若设备在RTY次后仍不报错，说明其重试逻辑不符合E4要求。

SECS-I与HSMS的差异对比

两者最根本的区别在于传输介质与连接模型。SECS-I是点对点串行链路，半双工，靠信号线握手；HSMS是TCP/IP上的全双工协议，用Select/Deslect或Separate模式管理连接，没有ENQ/EOT握手，而是用控制消息（Select.req、Linktest.req等）维持会话。SECS-I的块头包含设备ID和块号，HSMS的消息头包含Session ID、Header Byte 2/3、System Bytes和Status Bytes，字段语义完全不同。

从测试角度看，SECS-I的故障模式更偏物理层：线序错误、波特率不匹配、流控信号未连接都会导致握手失败；HSMS的故障则更多出现在TCP连接建立、Session ID冲突、超时重连等层面。协议转换网关必须同时处理这两套语义，把SECS-I的块重组为完整SECS-II消息，再封装成HSMS消息发送，反之亦然。

协议转换网关的测试要点

网关的核心职责是“块↔消息”和“串口↔TCP”的双向转换。测试时应重点覆盖以下场景：

• 分块重组：构造一条超过234字节的SECS-II消息，验证网关能否正确按块号重组，E-bit判断是否准确。
• 消息ID映射：SECS-I的消息ID为30位，HSMS的System Bytes为32位，验证映射后是否保持唯一性和可追溯性。
• 超时传递：当SECS-I侧发生T3超时，网关应向HSMS侧返回何种错误？通常应生成S9F7（非法数据）或S9F9（事务超时）等错误消息。
• 并发与缓冲：多台SECS-I设备接入同一网关时，验证串口队列和TCP会话是否隔离，避免消息串扰。
• 异常恢复：拔掉串口线再插回，观察网关是否自动重建链路并恢复通信。

搭建SECS-I仿真环境并验证基本通信

搭建仿真环境需要三部分：串口物理层、SECS-I协议栈、SECS-II消息构造工具。以下给出一个基于Python的简化示例，使用pyserial模拟设备侧，主机侧用另一进程发送S1F1（Are You There）。

# 设备侧仿真（简化示意）
import serial, time

ser = serial.Serial(
    port='COM3', baudrate=9600,
    bytesize=8, parity='N', stopbits=1,
    timeout=1, rtscts=True
)

def recv_block():
    # 等待ENQ（实际需通过控制线判断，此处简化）
    time.sleep(0.1)
    ser.write(b'\x06')          # EOT
    header = ser.read(10)       # 块头
    if len(header) < 10:
        ser.write(b'\x15')      # NAK
        return None
    dev_id = int.from_bytes(header[0:2], 'big')
    msg_id = int.from_bytes(header[2:6], 'big')
    blk_no = int.from_bytes(header[6:8], 'big')
    e_bit  = (blk_no >> 15) & 1
    data   = ser.read(234)
    ser.write(b'\x06')          # ACK
    return dev_id, msg_id, blk_no, e_bit, data

print("SECS-I device simulator ready")
while True:
    result = recv_block()
    if result:
        print("recv:", result[:4])

主机侧发送S1F1时，消息体为01 01 00 00（Stream 1, Function 1, W-bit=0, 空消息体），加上块头后总长14字节，单块即可传完，E-bit置1。设备侧收到后应回复S1F2，消息体为01 02 00 00。验证时用串口调试助手观察字节流，确认ENQ/EOT/ACK的时序和块头字段是否正确。

完成基本通信后，可以进一步注入异常：把设备侧波特率改为4800而主机保持9600，观察是否出现乱码和NAK；或在设备侧故意不回EOT，验证主机的T1重试和RTY上限。这些异常用例正是SECS-I一致性测试的核心内容，也是协议转换网关必须正确透传或转换的关键行为。