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PROFINET 从站概念

本文档按「简化级」口径说明从站产品涉及的 PROFINET 核心概念，理解这些概念后即可正确使用 SDK 与 GUI。

1. PROFINET IO 角色​

PROFINET IO 网络中有三类角色：

角色说明本产品
IO Controller（IO 控制器）通常是 PLC，发起组态与周期通信对方（西门子 PLC / TIA 组态）
IO Device（IO 设备）现场设备，执行控制器下发的组态本产品（从站）
IO Supervisor（IO 监视器）工程组态 / 诊断站点可选，TIA 在线诊断

IO 数据方向（PROFINET 标准口径）：

  • Input（输入）：从站 → 控制器。从站把现场数据（传感器等）放入输入区，控制器周期读取。
  • Output（输出）：控制器 → 从站。控制器周期写入输出区，从站执行（驱动执行器等）。

注意：此处的 Input/Output 以 IO 控制器视角命名，与 SDK 地址语义一一对应：I 区（I0.0 / IB0 / IW2 / ID4，输入面，设备 → 控制器，Write* 发送）、Q 区（Q0.0 / QB0 / QW2 / QD4，输出面，控制器 → 设备，Read* 读取）。

2. 槽位（Slot）与子模块（Submodule）​

PROFINET 设备模型是「设备 → 槽位 → 子模块」三层：

IO Device
├── Slot 0                 # 固定：DAP（Device Access Point，设备访问点）
├── Slot 1 ─ Submodule 0x01  # 模块 1（如 8 DI）
│   └── Submodule 0x8001     # 诊断子模块（可选）
├── Slot 2 ─ Submodule 0x01  # 模块 2（如 8 DO）
└── ...
概念说明在 SDK / GUI 中
Slot（槽位）模块安装位置，编号从 0 开始运行配置 XML SlotLayout（SDK 不暴露配置）
Module（模块）逻辑功能单元（DI / DO / AI / AO / 混合）GUI SlotView 添加模块
Submodule（子模块）模块内可插拔单元，有子槽号与标识SubslotNumber / SubmoduleIdent（运行配置 XML）
DAP（Slot 0）设备访问点，承载设备级诊断与参数GUI 固定存在，不可删除

GSDML 中每个模块/子模块都有 ModuleIdentNumber / SubmoduleIdentNumber，TIA 组态时据此识别。

3. 过程映像（Process Image）​

过程映像 = 输入/输出数据区在从站侧的内存副本，由 PnetProcessImage 维护，是过程数据的唯一数据源：

★ 口径归一（audit-2026-08-14 P0 跨层方向反转修复）：全文档以 GSDML 标准语义为准 — <Input> = 从站 → 控制器（设备发送，PPM 0x0100）；<Output> = 控制器 → 从站（设备接收， CPM 0x0200）。实现内部（PnetProcessImage 区名 / /api/io 字段名 / 驱动共享内存区名） 采用应用视角反转命名：内部“Input 区” = 应用从 PDI 收（控制器 → 设备，GSDML 输出方向， 区尺寸 = ΣOutputLength）；内部“Output 区” = 应用给 PDI 发（设备 → 控制器，GSDML 输入方向， 区尺寸 = ΣInputLength）。SDK 按标准命名做补偿映射：SDK I 区 ↔ 服务 Output 区（PPM）， SDK Q/DB 区 ↔ 服务 Input 区（CPM）。

控制器 ──周期帧(0x8892)──▶ 驱动数据面
                              │
                      PPM/CPM 帧解包/封包
                              │ 共享内存
    PnetProcessImage（服务，唯一数据源）
       ├── Input 区（内部命名）：控制器 → 从站 数据（GSDML <Output>，驱动从 CPM 解包后落盘，
       │    SDK 地址化 Read*（Q 区）经补偿映射读取）
       └── Output 区（内部命名）：从站 → 控制器 数据（GSDML <Input>，SDK 地址化
            Write*（I 区）经补偿映射写入，由驱动封装进 PPM）
  • 应用（SDK / 上位机）只与 PnetProcessImage 交互，不直接碰网卡。
  • 输入数据（GSDML <Input>，从站 → 控制器）由应用生产（地址化 WriteBool / WriteInt16 等 I 区写入），驱动按周期自动发出。
  • 输出数据（GSDML <Output>，控制器 → 从站）由驱动按周期接收落盘，应用通过地址化 ReadBool / ReadInt16 等（Q 区）消费。

4. 数据一致性（IOPS / IOCS）​

PROFINET 用两套状态标志保证周期数据可信：

标志全称含义
IOPSIO Provider Status数据生产者侧状态：Good / Bad。数据无效时必须标 Bad（如输入区尚无有效数据）
IOCSIO Consumer Status数据消费者侧状态：Good / Bad。消费方检查后回写

周期帧中每个数据块都带状态字节（PPM/CPM 的 Data Status 与 IOPS/IOCS 字段）：

  • 发送输入区数据（从站是 Provider）→ 驱动写入 IOPS=Good（数据有效）或 IOPS=Bad（数据无效）。
  • 接收输出区数据（从站是 Consumer）→ 驱动记录 IOCS 供应用查询；应用可主动上报输出区 IOCS。

实际影响：若应用长期不写输入区，控制器侧会看到 IOPS=Bad，可能触发控制器诊断「数据无效」。正确做法是启动后持续周期写输入区（可复用上次数据），保证 IOPS=Good。

5. IOCR（IO Connection Resource）​

IOCR 描述一条周期通信连接的资源与方向：

IOCR 类型方向数据内容（GSDML 标准口径；内部区名见 §3 注）周期
PPM（Provider）从站 → 控制器GSDML <Input> 数据（ΣInputLength）+ IOPSRT Class 1 常规周期（1 ms 起）
CPM（Consumer）控制器 → 从站GSDML <Output> 数据（ΣOutputLength）+ IOCS同上

IOCR 生命周期由 P-Net 栈管理（P-Net 栈内部实现），驱动侧维护已建立的 IOCR 收发状态；未建立 IOCR 时周期帧不处理。

6. 通信流程（简化）​

1. DCP 发现/配置   控制器经 DCP 发现从站、写 IP/设备名
2. LLDP 邻居发现   从站上报链路邻居（可选）
3. PNIO-CM 连接    控制器发起 AR（Application Relation），协商 IOCR
4. 数据交换        PPM/CPM 周期帧持续收发（含 IOPS/IOCS）
5. 报警/诊断       Alarm 报文（拉模式/推模式）、诊断条目
6. 断开            控制器释放 AR，从站回到待连接状态

运行态语义（服务模式，GET /api/status）：state 为设备运行态字符串（Stopped / Initialized / Connecting / Parameterized / Ready / DataExchange / Aborted），connected 表示是否已与 IO 控制器建立周期数据交换（进入 DataExchange 即 true），errorCode 为最近一次 pnet 栈错误码（0 = 无错误；非零语义见各语言 SDK 的 PnetRuntimeErrorCode 枚举：-1 初始化失败 / -2 配置无效 / -3 周期线程失败 / -4 状态非法 / -5 PDI 交换失败）。6 语言 SDK 的服务模式状态查询均透出 connected / errorCode（用户裁定 2026-08-10：错误码是调用契约的一部分，SDK 必须透出服务端 errorCode）。

7. 实时等级边界（R81 真规格口径）​

能力本产品对比
RT Class 1 常规周期✅ 支持（1 ms 起，可配）大多数标准从站
IRT / RTC3❌ 不支持运动控制级从站才有
抖动保障普通线程，常规 DPC 定时器，无硬实时承诺区别于 DarraRT 硬实时线（核隔离 + TSC + soak）

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