Profinet周期帧实例解析

PROFINET 过程数据报结构

下图展示了一个 PROFINET 周期性过程数据报的一般结构：

此结构基于使用 VLAN 标签的第二层以太网帧。当每个 PROFINET IO 设备和 PROFINET IO 控制器发送 VLAN 域的时候，有可能被中间的网络交换机移除掉。分析报文的时候这个需要考虑到。C_SDU 域包含需要传输的数据。带 VLAN 的以太网帧的最小长度是 64 字节，如果 C_SDU 域 的长度小于 40 字节会自动填补。APDU 状态域 包含周期计数和额外的状态字节。

C_SDU 由两种类型的数据组成：

IO 数据对象 IOCS 对象

每个数据项与一个特定的子模块相连。IO 数据对象包括过程数据和子模块的相关 IOPS。IOCS 对象仅仅包含子模块的 IOCS。一个 C_SDU 常常包含多个对象。在 C_SDU 中的过程数据的实际位置已经在连接开始的时候的 RPC Connect Service 中被参数化。在两个相邻的项目中可能被插入额外的填充值。数据项的结构由下图展示。通常 IOPS 和 IOCS 的长度为一字节。

解析示例

下面通过一个例子描述整个过程数据报的解析过程。解析的帧是一个输入 IOCR。

提取结构信息

第一步要从 RPC Connect Service 中分析出需要的结构信息。通过 WireShark 很简单就能完成。下图展示了 RPC Connect Request 和需要被用来解析一个 Input IOCR 报文的部分。红色框住的是 Input IOCR 的描述，包含了帧 ID 和在 C_SDU 里面的数据项的偏移值。相关的过程数据能从黄色框中的 Submodule Requests 提取。

开始解析需要创建一个包含所有数据项偏移值的列表。这些信息从 IOCR Block Request 中提取。在本例中我们主要关注 Input IOCR。帧中帧 ID 是 0x8000。 Output IOCR 帧 ID 必须从 RPC Connect Response 帧中提取出来，Output IOCR 帧 ID 由设备分配。下图展示了期望的 Input IOCR 的 IOCR Block Request。

根据上面的信息，我们创建了下表。

C SDU Offset Kind Api Slot Subslot Length of Data Length of Item 0 IO Data 0 0x0001 0x0001 17 IO Data 0 0x0000 0x0001 18 IO Data 0 0x0000 0x8000 19 IO Data 0 0x0000 0x8001 20 IO Data 0 0x0000 0x8002 21 IOCS 0 0x0002 0x0001 -

现在所有的偏移值都知道了。下一步就是提取各项的大小。这些长度能从 Expected Submodule Blocks 描述的子模块中提取出来。第一个 Expected Submodule Blocks 由下图展示：

从这些信息中我们能得到 API 0 和 Slot 0 数据项的长度。这边导入指针是为了检查正确的数据描述元素。每个子模块都能分配一个输入数据描述 Input-Data Description 和一个输出数据描述 Output-Data Description。对于 Input IOCR 来说 Input Data Description 和 IO Data 有关， Output Data Description 和 IOCS 项 有关。Output IOCR 反之亦然。在示例中所有的第一个 Expected Submodule Block 的子模块有 0 个输入数据，1 字节 IOPS 和 1 字节 IOCS。（IOPS/IOCS 长度通常为 1 字节。）

C SDU Offset Kind Api Slot Subslot Length of Data Length of Item 0 IO Data 0 0x0001 0x0001 17 IO Data 0 0x0000 0x0001 0 0 + 1 18 IO Data 0 0x0000 0x8000 0 0 + 1 19 IO Data 0 0x0000 0x8001 0 0 + 1 20 IO Data 0 0x0000 0x8002 0 0 + 1 21 IOCS 0 0x0002 0x0001 -

我们用剩下的 Expected Submodule Blocks 信息完善表格：

完成的表格:

C SDU Offset 0 IO Data 17 IO Data 18 IO Data 19 IO Data 20 IO Data 21 IOCS 0

Kind Api Slot Subslot 0 0x0001 0x0001 0 0x0000 0x0001 0 0x0000 0x8000 0 0x0000 0x8001 0 0x0000 0x8002 0x0002 0x0001 - Length of Data Length of Item 16 16 + 1 0 0 + 1 0 0 + 1 0 0 + 1 0 0 + 1 1

这表格包含了一些零数据长度的 IO Data。这些 IO Data 对象表明了在 PROFINET 中，一个没有任何过程数据的子模块都被认为是一个有 0 字节长度过程数据的输入子模块 Input Submodule。

解析过程数据报

最后一步是用上文创建的表格解析过程数据报。下图展示了一个 Input IOCR 的特定数据报。为了正确的选择解析不仅 Frame ID 需要加入计算，而且数据报的 Mac 地址 也要加入计算，因为在 RT Mode 下同样的 Frame ID 可能被不同的设备用到。下图中，帧 ＃106 被选择用来分析。

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