基金會現(xiàn)場總線按照基金會總線組織的定義，F(xiàn)F總線是一種全數(shù)字、串行、雙向傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，是一種能連接現(xiàn)場各種現(xiàn)場儀表的信號傳輸系統(tǒng)，其最根本的特點(diǎn)是專門針對工業(yè)過程自動化而開發(fā)的，在滿足要求苛刻的使用環(huán)境、本質(zhì)安全、總線供電等方面都有完善的措施。為此，有人稱FF總線為專門為過程控制設(shè)計(jì)的現(xiàn)場總線。在FF協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，F(xiàn)F分為低速H1總線和高速H2總線。H1主要針對過程自動化，傳輸速率31.25Kbps，傳輸距離可達(dá)1900m(可采用中繼器延長)，支持總線供電和本質(zhì)安全防爆。高速總線協(xié)議H2主要用于制造自動化，傳輸速率分為1Mbps和2.5Mbps兩種。但原來規(guī)劃的H2高速總線標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被現(xiàn)場總線基金會所放棄，取而代之的是基于以太網(wǎng)的高速總線HSE。FF總線的通信模型為了實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的開放性，F(xiàn)F通信模型參考了OSI模型。
H1總線的通信模型包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，并在其上增加了用戶層。物理層采用了IEC61158-2的協(xié)議規(guī)范;數(shù)據(jù)鏈路層DLL規(guī)定如何在設(shè)備間共享網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度通信，通過鏈路活動調(diào)度器LAS來管理現(xiàn)場總線的訪問;應(yīng)用層則規(guī)定了在設(shè)備間交換數(shù)據(jù)、命令、事件信息以及請求應(yīng)答中的信息格式。H1的應(yīng)用層分為兩個子層――總線訪問子層FAS和總線報(bào)文規(guī)范子層FMS，功能塊應(yīng)用進(jìn)程只使用FMS，F(xiàn)AS負(fù)責(zé)把FMS映射到DLL。用戶層則用于組成用戶所需要的應(yīng)用程序，如規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的功能快、設(shè)備描述等。不過，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層往往被看作為一個整體，統(tǒng)稱為通信棧。HSE采用了基于Ethernet和TCP/IP的六層協(xié)議結(jié)構(gòu)的通信模型。其中，一～四層為標(biāo)準(zhǔn)的Internet協(xié)議;第五層是現(xiàn)場設(shè)備訪問會話，為現(xiàn)場設(shè)備訪問代理提供會話組織和同步服務(wù);第七層是應(yīng)用層，也劃分為FMS和現(xiàn)場設(shè)備訪問FDA二個子層，其中FDA的作用與H1的FAS相類似，也是基于虛擬通信關(guān)系為FMS提供通信服務(wù)。H1總線協(xié)議H1總線的物理層根據(jù)IEC和ISA標(biāo)準(zhǔn)定義，符合ISA
S50.02物理層標(biāo)準(zhǔn)、IEC1158-2物理層標(biāo)準(zhǔn)以及FF-816
31.25Kbps物理層行規(guī)規(guī)范。當(dāng)物理層從通信棧接收報(bào)文時，對數(shù)據(jù)幀加上前導(dǎo)碼和定界碼，并對其實(shí)行數(shù)據(jù)編碼，再經(jīng)過發(fā)送驅(qū)動器把所產(chǎn)生的物理信號傳送到總統(tǒng)的傳輸媒體上。相反，在接收信號時，需要進(jìn)行反向解碼。現(xiàn)場總統(tǒng)采用曼徹斯特編碼技術(shù)將數(shù)據(jù)編碼加載到直流電壓或電流上形成“同步串行信號”。前導(dǎo)碼是一個8位的數(shù)字信號10101010，接收器采用這一信號同步其內(nèi)部時鐘。起始界定碼和結(jié)束界定碼標(biāo)明了現(xiàn)場總線信息的起點(diǎn)和終點(diǎn)，長度均為8個時鐘周期，二者都是由“0”、“1”、“N+”、“N-”按規(guī)定的順序組成。圖4.5(a)表示了H1總線的配置思想，總線兩端分別連接一個終端器，形成對31.25KHz信號的通帶電路。發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生的信號是31.25KHz、峰峰值為15～20mA的電流信號，如圖(b);傳送給相當(dāng)于50Ω的等效負(fù)載，產(chǎn)生一個調(diào)制在直流電源電壓上的0.75～1V的峰峰電壓。
H1支持總線供電和非總線供電二種方式。通信棧包括數(shù)據(jù)鏈路層DLL、現(xiàn)場總線訪問子層FAS和現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范FMS三部分。DLL最主要的功能是對總線訪問的調(diào)度，通過鏈路活動調(diào)度器LAS來管理總線的訪問，每個總線段上有一個LAS。H1總線的通信分為受調(diào)度/周期性通信和非調(diào)度/非周期性通信二類。前者一般用于在設(shè)備間周期性地傳送測量和控制數(shù)據(jù)，其優(yōu)先級最高，其它操作只在受調(diào)度傳輸之間進(jìn)行。FAS子層處于FMS和DLL之間，它使用DLL的調(diào)度和非調(diào)度特點(diǎn)，為FMS和應(yīng)用進(jìn)程提供報(bào)文傳遞服務(wù)。FAS的協(xié)議機(jī)制可以劃為三層：FAS服務(wù)協(xié)議機(jī)制、應(yīng)用關(guān)系協(xié)議機(jī)制、DLL映射協(xié)議機(jī)制，它們之間及其與相鄰層的關(guān)系。
FAS服務(wù)協(xié)議機(jī)制負(fù)責(zé)把發(fā)送信息轉(zhuǎn)換為FAS的內(nèi)部協(xié)議格式，并為該服務(wù)選擇一個合適的應(yīng)用關(guān)系協(xié)議機(jī)制。應(yīng)用關(guān)系協(xié)議機(jī)制包括客戶/服務(wù)器、報(bào)告分發(fā)和發(fā)布/接收三種由虛擬通信關(guān)系VCR來描述的服務(wù)類型，它們的區(qū)別主要在于FAS如何應(yīng)用數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行報(bào)文傳輸。DLL映射協(xié)議機(jī)制是對下層即數(shù)據(jù)鏈路層的接口。它將來自應(yīng)用關(guān)系協(xié)議機(jī)制的FAS內(nèi)部協(xié)議格式轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)鍵路層DLL可接受的服務(wù)格式，并送給DLL，反之亦然。FMS描述了用戶應(yīng)用所需要的通信服務(wù)、信息格式和建立報(bào)文所必需的協(xié)議行為。針對不同的對象類型，F(xiàn)MS定義了相應(yīng)的FMS通信服務(wù)，用戶應(yīng)用可采用標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文格式集在現(xiàn)場總線上相互發(fā)送報(bào)文。用戶層定義了標(biāo)準(zhǔn)的基于模塊的用戶應(yīng)用，使得設(shè)備與系統(tǒng)的集成與互操作更加易于實(shí)現(xiàn)。用戶層由功能塊和設(shè)備描述語言兩個重要的部分組成。
