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欧姆龙(Omron)协议解析

🕗 发布于 2024-10-07 03:53 单片机  网络  嵌入式硬件  

1. 协议概述
   欧姆龙(Omron)是来自日本的知名电子和自控设备制造商，其中、小型PLC在国内市场有较高的占有率，有CJ、CM等系列。PLC可以支持Fins、Host link等协议进行通信。

  支持以太网的欧姆龙PLC CPU、以太网通信模块根据型号的不同，一般都会持 FINS(Factory Interface Network Service)协议，一些模块也会支持EtherNet/IP协议。Omron fins协议缺省TCP/UDP端口号为9600。Fins协议封装在TCP/UDP之上，需要注意的是基于TCP的Fins数据包和基于UDP的包在头部上差异较大。协议的具体构造可以参考欧姆龙官方文档。

  FINS协议实现了OMRON PLC与上位机以太网通信。Fins基于TCP/UDP的报文的概览如下：

Fins over TCP
+-----------------------------------------------------------+
|  Fins/TCP Header  |         Fins over UDP(optional)       |
+-----------------------------------------------------------+
                     /                                    \
                    /              Fins over UDP           \  
                    +---------------------------------------+
                    |  Fins/UDP Header  |   Command Data    |
                    +---------------------------------------+

由上图可知，Fins/TCP实际上是将Fins/UDP报文作为其负载，在其前面加了一个Fins/TCP报头。需要注意的是，Fins/TCP报文中负载即Fins/UDP部分不一定会出现，它可以只有一个简单的Fins/TCP报头。

  先介绍Fins/UDP报文的组成，然后再介绍Fins/TCP结构。

2. 协议详解
2.1 Fins over UDP
  基于UDP的Fins协议的结构相对简单，整体结构由报头和数据两部分组成，如下所示：

Fins over UDP
+--------------------------+
|      Fins/UDP Header     |
+--------------------------+
|  Command Data(opitonal)  |
+--------------------------+

 其中报头部分为必要组成部分，为固定长度12个字节，数据部分非必现。

2.1.1 Fins/UDP Header
  报头部分由11个定长字段组合而成，前面10个字段分别简称为：ICF、RSV、GCT、DNA、DA1、DA2、SNA、SA1、SA2、SID，如下所示：

0         1           2          6                     7
+---------+-----------+----------+---------------------+
| Gateway | Data Type | Reserved |  Response setting   |
+------------------------------------------------------+
|                      Reserved                        |
+------------------------------------------------------+
|                    Gateway Counts                    |
+------------------------------------------------------+
|                Destination Network Address           |
+------------------------------------------------------+
|                Destination Node Number               |
+------------------------------------------------------+
|                Destination Unit Addres               |
+------------------------------------------------------+
|                 Source Network Address               |
+------------------------------------------------------+
|                   Source Node Number                 |
+------------------------------------------------------+
|                    Source Unit Addres                |
+------------------------------------------------------+
|                         Service Id                   |
+------------------------------------------------------+
|                       Command                        |
+                                                      +
|                       Code(2B)                       |
+------------------------------------------------------+

上述11个字段中，除最后一个Command Code字段为2个字节外，其余所有字段均只占1个字节。

2.1.2 Information control filed
  ICF，信息控制字段，1个字节，由4个子字段组成，分述如下：

1... .... = Gateway bit，是否使用网关，0x01表示使用；
.1.. .... = Data Type bit，数据类型比特位，0x01表示响应，0x00表示命令；
..0. .... = Reserved bit，保留比特位，默认置0；
...0 .... = Reserved bit，保留比特位，默认置0；
.... 0... = Reserved bit，保留比特位，默认置0；
.... .0.. = Reserved bit，保留比特位，默认置0；
.... ..0. = Reserved bit，保留比特位，默认置0；
.... ...1 = Response setting bit，响应标志，0x01表示非必需回应，0x00表示必须进行回应。


2.1.3 Reserved
  保留字段，1个字节，置为0x00。

2.1.4 Gateway count
  网关计数，1个字节，置为0x02。

2.1.5 Destination network address
  目标网络地址，1个字节，取值如下：

  1.  00：表示本地网络；
  2.  0x01~0x7F：表示远程网络。

2.1.6 Destination node number
  目标节点编号，1个字节，取值如下：

  1.  0x01~0x3E： SYSMAC LINK网络中的节点号；
  2.  0x01~0x7E： YSMAC NET网络中的节点号；
  3.  0xFF： 广播传输。

  Omron的官方手册中，该字段只能取上述值，实际抓包有其它值出现，被wireshark标记为unknown。

2.1.7 Destination unit address
  目标单元地址，1个字节，取值如下：

  1. 0x00：PC(CPU)；
  2. 0xFE： SYSMAC NET Link Unit or SYSMAC LINK Unit connected to network；
  3. 0x10~0x1F：CPU总线单元 ，其值等于10 + 单元号(前端面板中配置的单元号)。

  Omron的官方手册中，该字段只能取上述值，实际抓包有其它值出现，被wireshark标记为unknown。

2.1.8 Source network address
  源网络地址，1个字节，取值如下：

  1. 0x00：表示本地网络；
  2. 0x01~0x7F：表示远程网络。

2.1.9 Source node number
  源节点编号，1个字节，取值如下：

  1. 0x01~0x3E： SYSMAC LINK网络中的节点号；
  2. 0x01~0x7E： YSMAC NET网络中的节点号；
  3. 0xFF： 广播传输

Omron的官方手册中，该字段只能取上述值，网上的实际抓包发现会有其它值出现，被wireshark标记为unknown。

2.1.10 Source unit address
  源单元地址，1个字节，取值如下：

  1. 0x00：PC(CPU)；
  2. 0xFE： SYSMAC NET Link Unit or SYSMAC LINK Unit connected to network；
  3. 0x10~0x1F：CPU总线单元 ，其值等于10 + 单元号(前端面板中配置的单元号)。

Omron的官方手册中，该字段只能取上述值，实际抓包有其它值出现，被wireshark标记为unknown。

2.1.11 Service ID
  服务ID，1个字节，取值0x00~0xFF，产生会话的进程的唯一标识。

2.1.12 Command Code字段
  2个字节，其取值由第一个字节表示的大分类和第二个字节表示的子分类复合而成，取值及其含义如下表：

Command CodeEnglish Explanation中文解释
0x0101MEMORY AREA READ内存区域读取
0x0102MEMORY AREA WRITE内存区域写入
0x0103MEMORY AREA FILL内存区域填充
0x0104MULTIPLE MEMORY AREA READ多内存区域读取
0x0105MEMORY AREA TRANSFER内存区域传输
0x0201PARAMETER AREA READ参数区域读取
0x0202PARAMETER AREA WRITE参数区域写入
0x0203PARAMETER AREA CLEAR参数区域清除
0x0220DATA LINK TABLE READ数据链表读取
0x0221DATA LINK TABLE WRITE数据链表写入
0x0304PROGRAM AREA PROTECT程序区保护
0x0305PROGRAM AREA PROTECT CLEAR程序区保护清除
0x0306PROGRAM AREA READ程序区读取
0x0307PROGRAM AREA WRITE程序区写入
0x0308PROGRAM AREA CLEAR程序区清除
0x0401RUN运行
0x0402STOP停止
0x0403RESET重置
0x0501CONTROLLER DATA READ控制器数据读取
0x0502CONNECTION DATA READ连接数据读取
0x0601CONTROLLER STATUS READ控制器状态读取
0x0602NETWORK STATUS READ网络状态读取
0x0603DATA LINK STATUS READ数据链接状态读取
0x0620CYCLE TIME READ循环次数读取
0x0701CLOCK READ时钟读取
0x0702CLOCK WRITE时钟写入
0x0801LOOP-BACK TEST/INTERNODE ECHO TEST环路测试/内部节点测试
0x0802BROADCAST TEST RESULTS READ广播测试结果读取
0x0803BROADCAST TEST DATA SEND广播测试数据发送
0x0920MESSAGE READ消息读取
0x0921MESSAGE CLEAR消息清除
0x0C01ACCESS RIGHT ACQUIRE访问权限获取
0x0C02ACCESS RIGHT FORCED ACQUIRE访问权限强制获取
0x0C03ACCESS RIGHT RELEASE访问权限释放
0x2101ERROR CLEAR错误清除
0x2102ERROR LOG READ错误日志读取
0x2103ERROR LOG CLEAR错误日志清除
0x2201FILE NAME READ文件名读取
0x2202SINGLE FILE READ单文件读取
0x2203SINGLE FILE WRITE单文件写入
0x2204MEMORY CARD FORMAT记忆卡格式化
0x2205FILE DELETE文件删除
0x2206VOLUME LABEL CREATE/DELETE卷标创建/删除
0x2207FILE COPY文件复制
0x2208FILE NAME CHANGE文件名更改
0x2209FILE DATA CHECK文件数据核查
0x220AMEMORY AREA FILE TRANSFER内存区域文件传输
0x220BPARAMETER AREA FILE TRANSFER参数区域文件传输
0x220CPROGRAM AREA FILE TRANSFER程序区域文件传输
0x220DFILE MEMORY INDEX READ文件内存索引读取
0x2210FILE MEMORY READ文件内存读取
0x2211FILE MEMORY WRITE文件内存写入
0x2301FORCED SET/RESET强制设置/重置
0x2302FORCED SET/RESET CANCEL取消强制设置/重置
0x230AMULTIPLE FORCED STATUS READ多强制状态读取
0x2601NAME SET名称设置
0x2602NAME DELETE名称删除
0x2603NAME READ名称读取

合计：14个大类，57个子类，共57个Command Code。

2.2 Fins Over TCP
  基于TCP的FINS报文结构也不复杂，无非就是一个FINS/TCP头部(必选)，加上FINS/UDP报文(可选)，如下所示：

Fins over TCP
+----------------------------------------+
|             Fins/TCP Header            |
+----------------------------------------+
|    Fins/UDP Header(not neccessary)     |
+----------------------------------------+
|      Command Data(not neccessary)       |
+----------------------------------------+

2.2.1 Fins/TCP Header
  Fins/TCP的报头与Fins/UDP不同的是，它由4个固定字段和2个可选字段组成，如下所示：

Fins/TCP Header
0                                                     31
+---------+-----------+----------+---------------------+
|                    Magic Bytes                       |
+------------------------------------------------------+
|                      Length                          |
+------------------------------------------------------+
|                      Command                         |
+------------------------------------------------------+
|                     Error Code                       |
+------------------------------------------------------+
|            Client Node Address(optional)             |
+------------------------------------------------------+
|            Server Node Address(optional)             |
+------------------------------------------------------+

2.2.2 Magic
  其ASCII码(0x46494E53)是单词‘FINS’，值是固定的。

2.2.3 Length
  Length 的值表示其后所有字段(包括可能出现的Fins/UDP包)的总长度

       Length 的值等于TCP负载的总长度减去8个字节。

2.2.4 Command
  Command 表示消息中随附的命令的类型。

       这个字段的取值直接决定了后续可选的字段Client Node Address、Server Node Address是否出现，具体情况如下所示：

1）0x00000000：Node Address Data Send(client to server)，此时仅有Client Node Address字段；

（2）0x00000001： Node Address Data send(Server to client)(0x00000001)，此时Client/Server Node Address字段均出现；

（3）其它:不会出现上述两个字段。


2.2.5 Error Code
  Error Code 表示错误代码，提示发送的数据包是否有错误。根据 wireshark源代码所提供的信息，错误代码目前共定义了10种类型，如下所示：

错误码对应含义
0x00000000Normal
0x00000001The header is not ‘FINS’ (ASCII code)
0x00000002The data length is too long
0x00000003The command is not supported
0x00000020All connections are in use
0x00000021The specified node is already connected
0x00000022Attempt to access a protected node from an unspecified IP address
0x00000023The client FINS node address is out of range
0x00000024The same FINS node address is being used by the client and server
0x00000025All the node addresses available for allocation have been used

2.2.6 Client Node Address  

1. 设备识别：

  • Client Node Address 用于唯一标识网络中的每个客户端设备。它确保数据能够正确地发送到特定的客户端。

2. 通信管理：

  • 在进行数据传输时，FINS 协议通过 Client Node Address 确定目标设备，从而实现不同设备之间的有效通信。

3. 多节点支持：

  • FINS 协议允许多个客户端在同一网络中同时存在。每个客户端通过其唯一的 Node Address 进行区分，这使得系统可以支持复杂的多节点通信。

4. 地址范围：

  • Client Node Address 通常是一个范围在 0 到 254 之间的整数（某些情况下可能更具体，具体取决于网络设置）。地址 0 通常用于广播。       

示例

  • 在一个工厂自动化系统中，PLC 可能使用 Client Node Address 1，而传感器可能使用 Client Node Address 2。通过这些地址，PLC 可以向特定的传感器发送数据请求或指令。

       Fins/TCP协议的客户端/服务器在传输有效的命令数据之前，由客户端先向服务器发送一个包含Client Node Address字段的报文申请节点地址。由于客户端申请的时候还没有节点地址，因此该字段被置为0x00000000。     

2.2.7 Server Node Address
  

1. 设备识别：

  • Server Node Address 用于唯一标识网络中的每个服务器设备（例如 PLC、I/O 设备、HMI 等）。它确保请求能够正确地发送到特定的服务器。

2. 通信管理：

  • 在 FINS 协议中，客户端（如 PC 或控制器）通过 Server Node Address 确定目标服务器，以便发送数据请求或指令。

3. 多节点支持：

  • FINS 协议支持在同一网络中存在多个服务器。每个服务器都有其唯一的 Server Node Address，这使得系统能够同时处理多个客户端请求。

4. 地址范围：

  • Server Node Address 通常是一个范围在 0 到 254 之间的整数（某些情况下可能更具体，具体取决于网络设置）。地址 0 通常用于广播，允许客户端向网络中的所有服务器发送请求。

示例：在一个工厂自动化系统中，PLC 可能使用 Server Node Address 1，而另一个控制器可能使用 Server Node Address 2。客户端通过这些地址与特定的服务器进行通信，发送指令或获取数据。

        服务器收到客户端请求后，给客户端分配相应的节点地址并通告给客户端，同时在报文中包含服务器自己的节点地址信息

2.3 Command Data
   Fins/UDP、Fins/TCP协议的实际负载部分。


原文地址：https://blog.csdn.net/ikisstherain/article/details/142720266

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