2. E4标准详解
E4标准（SECS-I）定义了SEMI设备与主机之间通过RS-232串行接口进行点对点通信的物理层与数据链路层规范。它是SECS/GEM协议栈中最底层的传输载体，负责将上层（E5/SECS-II）的消息块可靠地从一个节点传递到另一个节点。
2.1 SECS-I协议栈定位与RS-232物理层
SECS-I位于OSI模型的物理层与数据链路层。它直接依赖RS-232C接口标准，规定了电气特性、连接器类型（通常为DB-25）以及信号线的定义。
关键物理参数：
- 传输模式：全双工，点对点。
- 波特率：标准支持 9600 bps，实际应用中常见 19200、38400 甚至更高。
- 数据位：7 位或 8 位（通常为 8 位）。
- 停止位：1 位。
- 奇偶校验：无（None）、奇校验（Odd）或偶校验（Even），通常为无校验。
- 流控制：硬件流控制（RTS/CTS）或软件流控制（XON/XOFF），SECS-I 标准推荐使用硬件流控制。
2.2 数据块格式（Block Format）
SECS-I 将上层消息分割成固定大小的数据块（Block）进行传输。每个数据块是传输的基本单元，其格式严格定义，确保接收方能正确解析。
| 字段 | 长度（字节） | 描述 |
|---|---|---|
| 长度字节（Length Byte） | 1 | 表示该数据块中数据部分的字节数（不包含长度字节本身）。有效范围：1-254（0 和 255 为保留值）。 |
| 控制字节（Control Byte） | 1 | 包含块类型、重传标志、是否最后一块等控制信息。 |
| 设备ID（Device ID） | 1 | 标识目标设备或源设备。在点对点连接中通常为 0。 |
| 块号（Block Number） | 1 | 当前消息中数据块的序号，从 0 开始递增。 |
| 系统字节（System Bytes） | 2 | 用于消息匹配和确认，由发送方生成，接收方在确认中回显。 |
| 数据部分（Data） | 0-254 | 实际承载的 SECS-II 消息内容（或部分内容）。 |
格式要点：数据块的总长度 = 1（长度字节）+ 1（控制字节）+ 1（设备ID）+ 1（块号）+ 2（系统字节）+ N（数据部分）。N 由长度字节指定，最大为 254 字节。
2.3 块传输协议（Block Transfer Protocol, B2）
B2 协议是 SECS-I 的核心传输机制，它定义了如何将一个完整的 SECS-II 消息（可能被分割成多个数据块）从发送方可靠地传输到接收方。B2 协议使用停止-等待（Stop-and-Wait）的自动重传请求（ARQ）机制。
2.3.1 多块消息传输流程
- 发送方将消息分割成多个数据块，并为每个块分配递增的块号（0, 1, 2, ...）。
- 发送方发送第一个数据块（块号=0），并启动超时计时器（T3）。
- 接收方收到数据块后，检查其完整性（通过长度字节和校验机制）。如果正确，发送一个确认块（ACK）；如果错误，发送一个否定确认块（NAK）。
- 发送方收到 ACK 后，发送下一个数据块（块号+1）；收到 NAK 或超时，则重传当前数据块。
- 当发送方发送最后一个数据块时，在控制字节中设置“最后一块”标志（E-bit）。
- 接收方收到最后一块并确认后，整个消息传输完成。
超时与重传：发送方在发送每个数据块后必须等待 ACK/NAK。如果在 T3 超时（通常为 1-10 秒，可配置）内未收到响应，发送方将重传该数据块。重传次数有限制（通常为 3-5 次），超过限制则报告通信错误。
2.4 消息确认机制（Message Acknowledge）
SECS-I 的确认机制分为两个层级：块确认（Block Acknowledge）和消息确认（Message Acknowledge）。
2.4.1 块确认（Block Acknowledge）
这是 B2 协议的一部分，针对每个数据块进行确认。接收方在收到数据块后，立即发送一个确认块（ACK）或否定确认块（NAK）。确认块本身也是一个特殊格式的数据块，其控制字节中的类型字段标识为确认类型。
2.4.2 消息确认（Message Acknowledge）
当接收方成功收到一个完整消息的所有数据块后，它需要发送一个消息确认（Message Acknowledge, MACK）给发送方。MACK 是一个独立的 SECS-II 消息，其内容包含原始消息的系统字节，用于匹配请求和响应。
确认机制对比：
| 确认类型 | 层级 | 触发条件 | 响应内容 |
|---|---|---|---|
| 块确认 (ACK/NAK) | 数据链路层 (SECS-I) | 收到单个数据块后 | 确认块（特殊格式的数据块） |
| 消息确认 (MACK) | 会话层 (SECS-II) | 收到完整消息的所有块后 | SECS-II 消息（包含系统字节） |
2.4.3 控制字节详解
控制字节是数据块格式中的关键字段，它决定了数据块的性质和行为。其位定义如下：
| 位 (Bit) | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 含义 | R (重传标志) | E (最后一块标志) | 类型 (Type) | 保留 (Reserved) | ||||
- R-bit (Bit 7): 重传标志。如果为 1，表示该数据块是之前发送过的数据块的重传。
- E-bit (Bit 6): 最后一块标志。如果为 1，表示该数据块是当前消息的最后一个数据块。
- Type (Bits 5-4): 数据块类型。
- 00: 数据块（Data Block）
- 01: 确认块（Acknowledge Block, ACK）
- 10: 否定确认块（Negative Acknowledge Block, NAK）
- 11: 保留（Reserved）
实践建议：在实现 SECS-I 驱动时，务必正确处理 T3 超时和重传逻辑。同时，注意区分块确认和消息确认：块确认保证数据块传输的可靠性，消息确认保证整个消息的语义完整性。两者缺一不可。