PROFIBUS数据链路层探讨

PROFIBUS的协议结构见图2-5，图中，第2层称为现场总线数据链路层（Fieldbus Data Link，FDL），规定了总线访问控制、数据安全性以及传输协议和报文的处理。

PROFIBUS协议的设计满足了媒体控制的两个基本要求：

1）复杂的自动化系统（主站）之间的通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点都有足够的时间来完成通信任务。

2）PLC或PC与I/O外围设备（从站）之间的通信，应尽可能简单快速地完成数据的实时传输，因通信协议增加的数据传输时间应尽量少。

图2-5 PROFIBUS协议结构

PROFIBUS-DP采用混合的总线访问控制机制来实现上述目标（见图2-6）。它包括主站之间的令牌（Token）传递方式和主站与从站之间的主-从方式。令牌实际上是一条特殊的报文，它在所有的主站上循环一周的时间是事先规定的。主站之间构成令牌逻辑环，令牌传递仅在各主站之间进行。令牌按令牌环中各主站地址的升序在各主站之间依次传递。

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图2-6 PROFIBUS-DP的总线访问方式

某个主站得到令牌报文后，该主站可以在一定的时间内执行主站工作。在这段时间内，它可以依照主-从通信关系表与所有的从站通信，也可以依照主-主通信关系表与所有的主站通信。令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线访问权（即令牌），来访问分配给该主站的从站。主站可以向从站发送数据，接收来自从站的数据。

PROFIBUS-DP使用第1、2层和用户接口层，第3～7层未使用，这种精简的结构确保了高速的数据传输。用户接口规定了设备的应用功能、PROFIBUS-DP系统和设备的行为特性。直接数据链路映像程序DDLM提供对第2层的访问。

在总线初始化和起动阶段，主站媒体访问控制（MAC）通过辨认主站来建立令牌环，首先自动地判定总线上所有主站的地址，并将它们的节点地址记录在主站表中。在总线运行期间，从令牌环中去掉有故障的主站，将新上电的主站加入到令牌环。

PROFIBUS 媒体访问控制还可以监视传输媒体和收发器是否有故障，检查站点地址是否出错（例如地址重复），以及令牌是否丢失或有多个令牌。

PROFIBUS在第2层按照非连接的模式操作，除提供点对点逻辑数据传输外，还提供多点通信，其中包括广播及选择广播功能。

DP主站与DP从站之间的通信基于主-从原理，DP主站按轮询表依次访问DP从站，主站与从站间周期性地交换用户数据。DP主站与DP从站之间的一个报文循环由DP主站发出的请求帧（轮询报文）和由DP从站返回的应答或响应帧组成。