凭证 OSI 参考模子， 数据链路层划定总线存取控制、 数据清静性以及传输协媾和报
文的处置惩罚。 在 PROFIBUS - DP 中， 数据链路层 （第 2 层） 称为 FDL 层 （现场总线数据
链路层）。

图1　FDL 层的报文帧名堂    PROFIBUS - DP 的报文名堂如图1
所示。  
 1. 帧字符和帧名堂    （1） 帧字符    每个帧由若干帧字符 （UART 字符）
组成， 它把一个 8 位字符扩展成 11 位： 首
先是一个最先位 0， 接着是 8 位数据， 之后
是奇偶校验位 （划定为偶校验）， 最后是停
止位 1。    （2） 帧名堂    第 2 层的报文名堂 （帧名堂） 如图
所示。    图中， L 为信息字段长度； SC 为简单
字符 （E5H）， 用在短应答帧中； SD1 ～
SD4 为最先符， 区别差别类型的帧名堂：
SD1 =0x10， SD2 =0x68， SD3 = 0xA2， SD4 = 0xDC； LE/ LEr 为长度字节， 指示数据字
段的长度， LEr = LE； DA 为目的地点， 指示吸收该帧的站； SA 为源地点， 指示发送该帧的
站； FC 为帧控制字节， 包括用于该帧效劳和优先权等的详细说明； DU 为数据字段， 包括有
效的数据信息； FCS 为帧校验字节， 不进位加所有帧字符的和； ED 为帧竣事界定符
（16H）。    这些帧既包括自动帧， 也包括应答/ 回覆帧， 帧中字符间不保存空闲位 （二进制 1）。 主
动帧和应答/ 回覆帧的帧前的间隙有一些差别。 每个自动帧帧头都有至少 33 个同步位， 也就
是说每个通讯建设握手报文前必需坚持至少 33 位长的空闲状态 （二进制 1 对应的电平信
号）， 这 33 个同步位长作为帧同步时间距离， 称为同步位 （SYN）。 而应答帧和回覆帧前没
有这个划定， 响应时间取决于系统设置。 应答帧与回覆帧也有一定的区别： 应答帧是指在从
站向主站的响应帧中无数据字段的帧， 而回覆帧是指响应帧中保存数据字段的帧。 另外， 短
应答帧只作应答使用， 它是无数据字段牢靠长度的帧的一种简朴形式。    （3） 帧控制字节    FC 的位置在帧中 SA 之后， 用来界说报文类型， 批注该帧是自动请求帧， 照旧应答/ 回
答帧。 FC 还包括了避免信息丧失或重复的控制信息， 见表1。

表1　帧控制字节的界说    表中， Res 为保存位 （发送方将设置此位为二进制 “0”）； Frame 为帧类型， 1 为请求帧， 0
为应答帧/ 回覆； FCB （Frame Count Bit） 为帧计数位， 0、 1 交替泛起 （帧类型 B6 = 1）；
FCV （Frame CountBit Valid） 为帧计数位有用 （帧类型 B6 = 1）， 0 体现 FCB 的交替功效开
始或竣事， 1 体现 FCB 的交替功效有用 （后面有详细说明）； Stn - Type 为站类型和 FDL 状
态 （帧类型 B6 =0）， 其诠释见表2； Function 为功效码， 其诠释见表3和4。

表2　Stn -Type 的界说 （帧类型 B6 =0）

表3　自动帧的功效码 （帧类型 B6 =1）

表4　响应帧的功效码 （帧类型 B6 =1）    （4） 扩展帧    在有数据字段的帧 （最先符是 SD2 和 SD3） 中， DA 和 SA 的最高位 （第 7 位） 指示是否
保存地点扩展位 （EXT）， 0 体现无地点扩展， 1 体现有地点扩展。 PROFIBUS - DP 协议使用
FDL 的效劳存取点 （SAP） 作为基本功效代码， 地点扩展的作用在于指定通讯的目的效劳存
取点 （DSAP）、 源效劳存取点 （SSAP） 或者区域/ 段地点， 其位置在 FC 字节后， DU 的最
最先的一个或两个字节。 在响应的应答帧中也要有地点扩展位， 并且在 DA 和 SA 中可能同
时保存地点扩展位， 也可能只有源地点扩展或目的地点扩展。 注重： 数据交流功效 （data_
exch） 接纳默认的效劳存取点， 在数据帧中没有 DSAP 和 SSAP， 即不接纳地点扩展帧。    （5） 报文循环    在 DP 总线上一次报文循环历程包括自动帧和应答/ 回覆帧的传输。 除令牌帧外， 其余 3
种。 无数据字段的牢靠长度的帧、 有数据字段的牢靠长度的帧和有数据字段无牢靠长度的
帧， 既可以是自动请求帧， 也可以是应答/ 回覆帧 （令牌帧是自动帧， 它不需要应答/ 回覆）。    
2. FDL 的 4 种效劳    FDL 可以为其用户， 也就是为 FDL 的上一层提供 4 种效劳： 发送数据需应答 （SDA），
发送数据无需应答 （SDN）， 发送且请求数据需应答 （SRD） 及循环发送且请求数据需应答
（CSRD）。 用户想要 FDL 提供效劳， 必需向 FDL 申请， 而 FDL 执行之后会向用户提交效劳
效果。 用户和 FDL 之间的交互历程是通过一种接口来实现的， 在 PROFIBUS 规范中称之为
效劳原语。    （1） 发送数据需应答    SDA 效劳的执行历程中原语的使用如图2所示。    在图2中， 两条竖线体现 FDL 层的界线， 两线之间部分就是整个网络的数据链路
层。 左边竖线的外侧为外地 FDL 用户， 假设外地 FDL 地点为 m； 右边竖线外侧为远程 FDL
用户， 假设远程 FDL 地点为 n。

图2　SDA 效劳    效劳的执行历程是： 外地的用户首先使用效劳原语 FDL_DATA_ACK. request 向外地 FDL
装备提出 SDA 效劳申请。 外地 FDL 装备收到该原语后， 凭证链路层协议组帧， 并发送到远
程 FDL 装备， 远程 FDL 装备准确收到后使用原语 FDL_DATA_ACK. indication 通知远程用户
并把数据上传。 与此同时， 又将一个应答帧发回外地 FDL 装备。 外地 FDL 装备则通过原语
FDL_DATA_ACK. confirm 通知提倡这项 SDA 效劳的外地用户。    外地 FDL 装备发送数据后， 它会在一段时间内期待应答， 这个时间称为时隙时间 T SL
（Slot Time， 可设定的 FDL 参数）。 若是在这个时间内没有收到应答， 外地 FDL 装备将重新
发送， 最多重复 k = max_retry_limit （最大重试次数， 是可设定的 FDL 参数） 次。 在重试 k
次仍无应答， 则将无应答效果通知外地用户。    （2） 发送数据无需应答    SDN 效劳的执行历程中原语的使用如图3所示。

图3　SDN 效劳    从图3中可以看出 SDN 效劳与 SDA 效劳的区别： ① SDN 效劳允许外地用户同时向
多个， 甚至所有远程用户发送数据。 ② 所有吸收到数据的远程站不做应答。 当外地用户使
用原语 FDL_DATA. request 申请 SDN 效劳后， 外地 FDL 装备向所要求的远程站发送数据的同
时连忙转达原语 FDL_DATA. confirm 给外地用户， 原语中的参数 L_status 此时仅可以体现发
送乐成， 或者外地的 FDL 装备过失， 不可显示远程站是否准确吸收。    （3） 发送且请求数据需应答    SRD 效劳的执行历程中原语的使用如图所示。    SRD 效劳除了可以像 SDA 效劳那样向远程用户发送数据外， 自身照旧一个请求， 请求
远程站的数据回传， 远程站把应答和被请求的数据组帧， 回传给外地站。
执行顺序是： 远程用户将要被请求的数据准备好， 通过原语 FDL _ REPLY _ UP?
DATE. request 把要被请求的数据交给远程 FDL 装备， 并收到远程 FDL 装备回传的 FDL_RE?
PLY_UPDATE. confirm。 参数 Transmit 用来确定远程更新数据回传一次照旧多次， 若是回传
多次， 则在后续 SRD 效劳到来时， 更新数据都会被回传。 L_status 参数显示数据是否乐成装
入， 无误后期待被请求。 外地用户使用原语 FDL_DATA_REPLY. request 提倡这项效劳， 远
程站 FDL 装备收到发送数据后， 连忙把准备好的被请求数据回传， 同时向远程用户发送
FDL_DATA_REPLY. indication， 其中参数 updata_status 显示被请求数据是否被乐成地发送出
去。 最后， 外地用户就会通过原语 FDL_DATA_REPLY. confirm 吸收到被请求数据 L_sdu 和
传输状态效果 L_status。

图3　SRD 效劳    （4） 循环发送且请求数据需应答    CSRD 是 FDL 4 种效劳中最重大的一种。 CSRD 效劳在明确上可以以为是对多个远程站
自动循环地执行 SRD 效劳。    以上就是 FDL 层提供的4 种效劳。 特殊强调的是 SDN 效劳和 SRD 效劳， 由于 PROFIBUS
-DP 总线的数据传输依赖的是这两种 FDL 效劳， 而 FMS 总线使用了 FDL 的所有4 种效劳。
别的尚有一点， 4 种效劳显然都可以发送数据， 可是 SDA 和 SDN 发送的数据不可为空，
而 SRD 和 CSRD 则可以， 这种情形着实就是纯粹请求数据了。    
3. 以令牌传输为焦点的总线会见控制系统    在 PROFIBUS - DP 的总线会见控制中已经先容过关于令牌环的基本内容， 为了更好地
明确 DP 系统中的令牌传输历程， 下面将对此举行较详细的说明。    （1） GAP 表及 GAP 表的维护    GAP 是指令牌环中从本站地点到后继站地点之间的地点规模 GAP 表 （GAPL） 为 GAP
规模内所有站的状态表。    每一个主站中都有一个 GAP 维护准时器， 准时器溢出即向主站提出 GAP 维护申请。 主
站收到申请后， 使用询问 FDL 状态的 Request FDL Status 自动帧询问自己 GAP 规模内的所有
地点。 通过是否有返回和返回的状态， 主站就可以知道自己的 GAP 规模内是否有从站从总
线上脱落， 是否有新站添加， 并实时修改自己的 GAPL。 详细如下：    1） 若是在 GAP 表维护中发明有新从站， 则把它们记入 GAPL。    2） 若是在 GAP 表维护中发明原先在 GAP 表中的从站在多次重复请求的情形下没有应
答， 则把该站从 GAPL 中除去， 并挂号该地点为未使用地点。    3） 若是在 GAP 表维护中发明有一个新主站且处于准备进入逻辑令牌环的状态， 该主站
将自己的 GAP 规模改变到新发明的这个主站， 并且修改运动主站表， 在传出令牌时把令牌
交给此新主站。    4） 若是在 GAP 表维护中发明在自己的 GAP 规模中有一个处于已在逻辑令牌环中状态的
主站， 则以为该站为不法站， 接下来询问 GAP 表中的其他站点。 转达令牌时仍然传给自己
的 NS， 从而跳过该主站。 该主站发明自己被跳事后， 会从总线上自动撤下， 即从 Active_
Idle 状态进入 Listen_Token 状态， 重新期待进入逻辑令牌环。    （2） 令牌转达    某主站要交出令牌时， 凭证运动主站表转达令牌帧给后继站。 传出后， 该主站最先监听
总线上的信号， 若是在一准时间 （时隙时间） 内听到总线上有帧最先传输， 不管该帧是否
有用， 都以为令牌转达乐成， 该主站就进入 Active_Idle 状态。
若是时隙时间内总线没有运动， 就再次发出令牌帧。 云云重复至最大重试次数， 若是仍
然不乐成， 则转达令牌给运动主站表中后继主站的后继主站。 依此类推， 直到最大地点规模
内仍然找不到后继， 则以为自己是系统内唯一的主站， 将保存令牌， 直到 GAP 维护时找到
新的主站。    （3） 令牌吸收    若是一个主站从运动主站表中自己的前驱站收到令牌， 则保存令牌并使用总线。 若是主
站收到的令牌帧不是前驱站发出的， 则以为是一个过失而不吸收令牌。 若是此令牌帧被再次
收到， 该主站则以为令牌环已经修改， 将吸收令牌并修改自己的运动主站表。    （4） 令牌持有站的传输    一个主站持有令牌后， 事情历程如下：    首先盘算上次令牌获得时刻到本次令牌获得时刻经由的时间， 该时间为现实轮转时
间 （T RR ）， 体现的是令牌现着实整个系统中轮转一周泯灭的时间。 每一次令牌交流都
会盘算一个新的 T RR ； 主站内有参数目的轮转时间 T TR ， 其值由用户设定， 它是预设的
令牌轮转时间。 一个主站在获得令牌后， 就是通过盘算 T TR - T RR 来确定自己可以持有
令牌的时间。 （5） 从站 FDL 状态及事情历程    为了利便明确 PROFIBUS - DP 站点 FDL 的事情历程， 将其划分为几个 FDL 状态， 其工
作历程就是在这几个状态之间一直转换的历程。    PROFIBUS - DP 从站有两个 FDL 状态： Offline 和 Passive_Idle。 当从站上电、 复位或发
生某些过失时进入 Offline 状态。 在这种状态下从站会自检， 完成初始化及运行参数设定，
此状态下不做任何传输。 从站运行参数设定完成后自动进入 Passive_Idle 状态。 此状态下监
听总线并对询问自己的数据帧作响应反应。    （6） 主站 FDL 状态及事情历程    主站的 FDL 状态转换图如图4所示。 主站的事情历程及状态转换较量重大， 这里以
3 种典范情形举行说明。    1） 令牌环的形成。 假定一个 PROFIBUS - DP 系统最先上电， 该系统有几个主站， 令牌
环的形成事情历程如下：    每个主站初始化完成后从 Offline 状态进入 Listen_Token 状态， 监听总线。 主站在一准时
间 Ttime - out （T TO ， 超时时间） 内没有听到总线上有信号转达， 就进入 Claim_Token 状态，
自己天生令牌并初始化令牌环。 由于 T TO 是一个关于地点 n 的枯燥递增函数， 同样条件下整
个系统中地点最低的主站最先进入 Claim_Token 状态。    最先进入 Claim_Token 状态的主站， 获得自己天生的令牌后， 马上向自己转达令牌帧两

图4　FDL 状态转换图     次， 通知系统内的其他还处于 Listen_Token 状态的主站令牌转达最先， 其他主站把该主站记
入自己的运动主站表。 然后该主站做一次对全体可能地点的询问 （Request FDL Status）， 根
据收到应答的效果确定自己的 LAS 和 GAP。 LAS 的形成即标记着逻辑令牌环初始化的完成。    2） 主站加入已运行的 PROFIBUS - DP 系统的历程。 假定一个 PROFIBUS - DP 系统已经
运行， 一个主站加入令牌环的历程如下：    主站上电后在 Offline 状态下完成自身初始化。 之后进入 Listen_Token 状态， 在此状态
下， 主站听总线上的令牌帧， 剖析其地点， 从而知道该系统上已有哪些主站。 主站会听两个
完整的令牌循环， 即每个主站都被它作为令牌帧源地点纪录两次。 这样主站就获得了可靠的
运动主站表。    若是在听令牌的历程中发明两次令牌帧的源地点与自己地点一样， 则以为系统内已有自
己地点的主站， 于是进入 Offline 状态并向外地用户报告此情形。    在听两个令牌循环的时间里， 若是主站的前驱站进入 GAP 维护， 询问 Request FDL Sta?
tus， 则回复未准备好。 而在主站表已经天生之后， 主站再询问 Request FDL Status， 主站回
复准备进入逻辑令牌环， 并从 Listen_Token 状态进入 Active_Idle 状态。 这样， 主站的前驱站
会修改自己的 GAP 和 LAS， 并把该主站作为自己的后继站。    主站在 Active_Idle 状态下， 监听总线， 能够对寻址自己的自动帧作应答， 但没有提倡
总线运动的权力。 直到前驱站传送令牌帧给它， 它保存令牌并进入 Use_Token 状态。 若是在
监听总线的状态下， 主站一连听到两个 SA = TS （源地点 = 本站地点） 的令牌帧， 则以为整
个系统蜕化， 令牌环最先重新初始化， 主站转入 Listen_Token 状态。    主站在 Use_Token 状态下， 凭证前面所说的令牌持有站的传输历程举行事情。 令牌持有
时间抵达后， 进入 Pass_Token 状态。    特殊说明， 主站的 GAP 维护是在 Pass_Token 状态下举行的。 如不需要 GAP 维护或令牌
持有时间用尽， 主站将把令牌转达给后继站。    主站在令牌转达乐成后， 进入 Active_Idle 状态， 直到再次获得令牌。    3） 令牌丧失。 假设一个已经最先事情的 PROFIBUS - DP 系统泛起令牌丧失， 这样也会
泛起总线空闲的情形。 每一个主站此时都处于 Active_Idle 状态， FDL 发明在超时时间
（T TO ） 内无总线运动， 则以为令牌丧失并重新初始化逻辑令牌环， 进入 Claim_Token 状态，
此时重复第一种情形的处置惩罚历程。    
4. 现场总线第 1/2 层治理 （FMA 1/2）    前面先容了 PROFIBUS - DP 规范中 FDL 为上层提供的效劳。 而事实上， FDL 的用户除
了可以申请 FDL 的效劳之外， 还可以对 FDL 以及物理层 （PHY） 举行一些须要的治理。 例
如， 强制复位 FDL 和 PHY， 设定参数值， 读状态， 读事务及举行设置等。 在 PROFIBUS -
DP 规范中， 这一部分称为 FMA 1/2 （现场总线第 1/2 层治理）。    FMA 1/2 用户和 FMA 1/2 之间的接口效劳功效主要有：    ● 复位物理层、 数据链路层 （Reset FMA 1/2）， 此效劳是外地效劳。    ● 请求和修改数据链路层、 物理层， 以及计数器的现实参数值 （Set Value/ Read Value
FMA 1/2）， 此效劳是外地效劳。    ● 通知意外的事务、 过失和状态改变 （Event FMA 1/2）， 此效劳可以是外地效劳， 也可
以是远程效劳。    ● 请求站的标识和链路效劳存取点设置 （Ident FMA 1/2、 LSAP Status FMA 1/2）， 此服
务可以是外地效劳， 也可以是远程效劳。    ● 请求现实的主站表 （Live List FMA 1/2）， 此效劳是外地效劳。    ● SAP 激活及扫除激活 （ （R） SAP Activate/ SAP Deactivate FMA 1 /2）， 此效劳是外地
效劳。