3. SECS/GEM协议基础

SECS/GEM 是半导体设备与工厂主机之间最通用的通信标准族。它并不是单一协议，而是由 SEMI E4（SECS-I）、E37（HSMS）、E5（SECS-II）、E30（GEM）等多份标准叠加而成。理解这一章的关键，是把“消息长什么样”“连接怎么建立”“消息怎么描述”“设备处于什么通信状态”这四件事分开看，再合起来用。

一、SECS-II 消息结构：从数据项到消息体

SECS-II 定义的是消息的语义层。一条 SECS-II 消息由三部分组成：消息头（Header）、消息体（Body）和可选的系统字节。消息头固定 10 字节，包含设备 ID、消息流（Stream）、功能号（Function）、等待位（W-bit）、PType、SType 和系统字节。其中 Stream 与 Function 合称 SxFy，例如 S1F13 表示 Stream 1、Function 13，即“建立通信请求”。

消息体由若干数据项（Data Item）组成，每个数据项带一个格式码（Format Code），常见的有：

• L（List）：列表，可嵌套，是组织复杂结构的核心；
• A（ASCII）：字符串；
• B（Binary）：二进制；
• U1/U2/U4：无符号 1/2/4 字节整数；
• I1/I2/I4：有符号整数；
• F4/F8：单/双精度浮点；
• Boolean：布尔值。

每个数据项编码为“格式字节 + 长度字节 + 数据”。格式字节高 6 位是格式码，低 2 位表示长度字节数（1、2 或 3 字节）。例如一个 ASCII 字符串 "EAP" 编码为 A[3] EAP，其中 A 的格式码为 0x41（二进制 01000001），长度 3 用 1 字节表示。理解这个编码规则，是后续解析 SML 和排查“消息体错位”问题的基础。

二、HSMS 连接管理：TCP 之上的会话控制

HSMS（SEMI E37）把 SECS-II 消息承载在 TCP/IP 之上。它定义了两种角色：Active（主动发起连接）和 Passive（被动监听）。典型部署中，主机侧常为 Active，设备侧为 Passive，端口默认 5000。连接建立后，双方通过控制消息维护会话：

• Select.req / Select.rsp：申请进入“已选择”状态，只有 Selected 状态下才允许传输数据消息；
• Deselect.req / Deselect.rsp：退出选择状态；
• Linktest.req / Linktest.rsp：链路心跳，检测对端是否存活；
• Separate.req：主动断开连接。

HSMS 消息头为 10 字节，包含 Session ID、Header Byte 2/3（含 W-bit、Stream、Function）、PType、SType 和 System Bytes。System Bytes 用于请求与响应的配对，是排查“响应错配”的关键字段。T3 超时（默认 45 秒）控制响应等待，T5（默认 10 秒）控制连接重连，T6（默认 5 秒）控制控制消息超时，T7（默认 10 秒）控制 Select 超时，T8（默认 5 秒）控制网络字符间超时。这些定时器是设备通信稳定性的核心参数。

三、SML/FMT 语法：消息的可读描述

SML（SECS Message Language）是 SECS-II 消息的文本表示法，用于日志、文档和测试。它把二进制消息体写成可读的嵌套结构。例如 S1F13 的 SML 表示：

S1F13 W
<L
  <A "EquipmentID">
  <A "1.0.0">
>.

其中 <L 表示列表开始，> 表示列表结束，<A "..."> 表示 ASCII 数据项。FMT 则是另一种更紧凑的格式描述，常用于定义消息模板。实际工程中，SML 文件常作为设备通信的“接口契约”，主机和设备双方按同一份 SML 生成解析代码，避免字段顺序和类型不一致。

四、设备通信状态机：从 Disabled 到 Selected

GEM 设备通信状态机（E30）定义了设备在通信层面的生命周期。典型状态包括：

• Disabled：通信功能关闭，不响应任何消息；
• Enabled：通信功能开启，但尚未建立 HSMS 连接；
• Connected：TCP 连接已建立，但未 Select；
• Selected：已选择，可正常收发数据消息；
• Communicating：在 Selected 基础上，完成 S1F13/S1F14 握手，进入在线通信。

状态迁移由控制消息和超时事件驱动。例如：Enabled 下收到 TCP 连接请求进入 Connected；Connected 下收到 Select.req 并回复 Select.rsp 后进入 Selected；Selected 下收到 Separate.req 或 T8 超时则回到 Connected 或 Enabled。主机侧通常通过 S1F1（Are You There）和 S1F2 确认设备在线，通过 S1F13/S1F14 建立通信，通过 S1F15/S1F16 请求离线，通过 S1F17/S1F18 请求在线。

五、工程实践中的关键判断

在实际接入中，最常见的故障不是协议本身，而是状态与超时配置不匹配。例如设备侧 T5 设为 10 秒，主机侧 T5 设为 30 秒，网络抖动时设备会先断开重连，主机却仍在等待，导致 Select 状态反复丢失。排查时应先确认双方 T3/T5/T6/T7/T8 是否一致，再检查 System Bytes 是否配对，最后核对 SML 中字段顺序与类型是否与设备实际返回一致。