软件水平考试三级网络：HART协议的格式说明

　　最近，对于HART协议的有关内容，我们已经详尽了不少内容。不知道大家对于这部分知识的原理是否有掌握清楚。那么今天，我们再来强调一下它的格式。首先看一下消息结构吧。

　　消息结构

　　如下所示，一条消息包括源地址、目的地址和一个校验位。每一个应答消息中包括现场设备状态，用于确保持续通讯的顺畅进行。数据位可有可无，视具体情况而定。一般每秒种可以传输2～3条消息。

　　PREAMBLE START ADDRCOM BCNT STATUS DATA PARITY序文 定界符 地址 命令号 数据长度 响应码 数据字节 奇偶校验

　　HART协议5.0版本以前版本的设备一般采用“短结构”，单一的现场设备如果只利用4～20 mA电流信号进行测量时，从设备的地址都是0;否则，对于多设备而言，从设备的地址是从1～15，这种短结构的地址采用“随选”的方法，随机分配1～15中的一个。HART协议5. 0版本推出了“长结构”，这种格式的从设备地址具有独一无二性，如同每个网卡中物理地址一样，全世界范围内都没有重复，一般占5个地址字节中的38位。这 38位地址信息包含了生产厂家的代码、设备型号码和设备识别码。这种格式减少了误传输和误接收的可能性。现在大多数主机设备既能支持长结构又兼容短结构，当从机的应答信号中没有“唯一”标识码时，HART协议5.0版本及其以上的版本提供的0号命令，就可以用于短帧中的设备地址识别。也就是说，主机将根据应答信号中是否具有“惟一”标识码来决定结构格式为“长”还是“短”。

　　一般消息帧的组成，其中：

　　(1)PREAMBLE导言字节，一般是5～20个FF十六进制字节。他实际上是同步信号，各通讯设备可以据此略做调整，保证信息的同步。在开始通讯的时候，使用的是20个FF导言，从机应答0信号时将告之主机他“希望”接收几个字节的导言，另外主机也可以用59号命令告诉从机应答时应用几位导言。

　　(2)START起始字节，他将告之使用的结构为“长”还是“短”、消息源、是否是“突发”模式消息。主机到从机为短结构时，起始位为02，长帧时为82。从机到主机的短结构值为06，长结构值为86。而为“突发”模式的短结构值为01，长结构为81。一般设备进行通讯接收到2个FF字节后，就将侦听起始位。

　　(3)ADDR地址字节，他包含了主机地址和从机地址，如前所述，短结构中占1字节，长结构中占5字节。无论长结构还是短结构，因为HART协议中允许2个主机存在，所以我们用首字节的最高位来进行区分，值为1表示第一主机地址，第二主机用0表示。“突发”模式是特例，0，1值将交替出现，也就是说，在该模式下，赋予2个主机的机会均等。次高位为1表示为“突发”模式，短结构用首字节的0～4位表示值为0～15的从机地址，第5，6位赋0;而长结构用后6位表示从机的生产厂商的代码，第2个字节表示从机设备型号代码，后3～5个字节表示从机的设备序列号，构成“唯一”标志码。

　　短帧地址结构

　　另外，长结构的低38位如果都是0的话表示的是广播地址，即消息发送给所有的设备。

　　(4)COM命令字节，他的范围为253个，用HEX的0～FD表示。31，127，254，255为预留值。

　　(5)BCNT数据总长度，他的值表示的是BCNT下一个字节到最后(不包括校验字节)的字节数。接收设备用他可以鉴别出校验字节，也可以知道消息的结束。因为规定数据最多为25字节，所以他的值是从0～27。

　　(6)STATUS状态字节，他也叫做“响应码”，顾名思义，他只存在于从机响应主机消息的时候，用2字节表示。他将报告通讯中的错误、接收命令的状态(如：设备忙、无法识别命令等)和从机的操作状态。

　　如果我们在通讯过程中发现了错误，首字节的最高位(第7位)将置1，其余的7位将汇报出错误的细节，而第2个字节全为0。否则，当首字节的最高位为0时，表示通讯正常，其余的7位表示命令响应情况，第2个字节表示场设备状态的信息。

　　UART发现的通讯错误一般有：奇偶校验、溢出和结构错误等。命令响应码可以有128个，表示错误和警告，他们可以是单一的意义，也可以有多种意义，我们通过特殊命令进行定义、规定。现场设备状态信息用来表示故障和非正常操作模式。

　　(7)在HART协议的帧结构中，DATA数据字节，首先我想说明的是并非所有的命令和响应都包含数据字节，他最多不超过25字节(随着通讯速度的提高，正在要求放宽这一标准)。数据的形式可以是无符号的整数(可以是8，16，24，32 b)，浮点数(用IEEE754单精浮点格式)或ASCII字符串，还有预先制定的单位数据列表。具体的数据个数根据不同的命令而定。

　　(8)CHK奇偶校验，方式是纵向奇偶校验，从起始字节开始到奇偶校验前一个字节为止。另外，每一个字节都有1位的校验位，这两者的结合可以检测出3位的突发错误。