Fins TCP协议理解及C Sharp实现思路

马玉玲

 假设本文中使用到设备的ip地址，用于后续内容的理解：客户端（本机电脑 windows系统）IP: 192.168.1.101服务端（PLC omron CJ2M系列）IP 和 端口号 : 192.168.1.10 : 9600 注意：①本文中的 FINS TCP 报文都是以16进制（Hex）发送出去的，所以对应的转换也都会转成16进制的形式。②16进制Hexadecimal (Hex)，10进制Decimal (Dec)，8进制Octal (Oct)，2进制Binary (Bin)，下面是10进制 10在C#代码中其他进制的表示。

1. //16进制 前缀0x 范围(0~F)
2. var a = 0xA;
3. //2进制 前缀0b 范围(0~1)
4. var c = 0b1010;
5. //8进制 C#中没有关于8进制的前缀表示，不过可以使用Convert的类型转换，将指定的值转换为指定的进制的字符串表示
6. var b = Convert.ToString(10,8);//b的值为 8进制的"12"　

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③大端字节序(Big-Endian)，小端字节序(Little-Endian)指的是数据存储在以字节为单元的可寻址存储器中的存储模式。 假装是个目录：一、FINS/TCP 头命令 (握手信号，FINS/TCP Header)　　①Request构成　　②Response构成　　③大端、小端二、FINS帧发送命令 (FINS frame)　　①完整的命令构成　　②FINS header　　③FINS command　　④FINS parameter/data　　⑤读，写操作命令　　⑥强制操作命令 一、握手命令 (FINS/TCP 头命令)Request构成：客户端（电脑）发送给服务端（PLC）报文的构成为：　　头（固定为 FINS 字母ASCII码的16进制）+　　长度（这里的长度指的是，后面全部组加起来的字节数的16进制显示） +　　命令码 +　　错误码 +　　客户端节点地址（电脑IP的最后一部分转为16进制）

举例：这是一条由客户端（电脑）向服务端（PLC）发送命令 00000000 的报文 46494E53 0000000C 00000000 00000000 00000065，这条报文的总长度为20个字节，分成5组，每组4个字节　　46494E53 固定声明为FINS 头，表明这是一条FINS/TCP命令　　0000000C 长度 、表明 [命令码 错误码 客户端节点地址] 加起来的字节数为 12，转为16进制为C(Hex)　　00000000 命令码　　00000000 错误码　　00000065 电脑的IP地址最后一部分，也就是192.168.1.101 中的 101。转换成16进制是65(Hex) Response构成：服务端（PLC）发送给客户端（电脑）的报文构成为：　　Request构成 +　　服务端节点地址（PLC地址的最后一部分转为16进制）

举例：然后从服务端（PLC）回复客户端（电脑）的命令 00000001 的报文 46494E53 00000010 00000001 00000000 00000065 0000000A，这条报文的总长度为24个字节，分成6组，每组4个字节　　46494E53 固定声明位FINS头，表明这是一条FINS/TCP命令　　00000010 长度 、表明 [命令码 错误码 客户端节点地址 服务端节点地址]加起来的字节数为16，转为16进制为10(Hex)　　00000001 命令码　　00000000 错误码　　00000065 客户端节点地址　　0000000A 服务端节点地址（PLC IP地址的最后一部分转为16进制，也就是192.168.1.10中的10,。转换成16进制是A(Hex)） 了解了基本的Fins TCP握手命令的结构后，那么要如何以C#代码的形式呈现呢？这里对如何拼接 Request报文构成 进行实现，用以加深协议命令结构与具体代码实现之间联系的理解。

1. class DemoFinsTcpHeader
2. {
3.     //完整命令是20个字节
4.     static byte[] arrSend = new byte[20];
5.     static int cmdIndex = 0;
6.     static int clientIpNode = 101;
7.             
8.     static void Main()
9.     {
10.         //因为是用于FINS TCP协议使用的协议头，所以直接固定为0x46494E53 即"FINS"的ASCII
11.         byte[] Header = new byte[4]{0x46, 0x49, 0x4E, 0x53};
12.         
13.         //FinsTCP命令头   
14.         updateArrSend(Header, arrSend);  
15.         //长度 通过上面的内容我们知道命令长度为12
16.         int cmdLen = 12;
17.         updateArrSend(BitConverter.GetBytes(cmdLen).Reverse().ToArray(), arrSend);        
18.         //命令码
19.         int cmdCode = 0;
20.         updateArrSend(BitConverter.GetBytes(cmdCode).Reverse().ToArray(), arrSend);        
21.         //错误码
22.         int errCode = 0;
23.         updateArrSend(BitConverter.GetBytes(errCode).Reverse().ToArray(), arrSend);        
24.         //端口节点地址   
25.         updateArrSend(BitConverter.GetBytes(clientIpNode).Reverse().ToArray(), arrSend);               
26.     }
27.    
28.     //拼接FINS/TCP 头命令
29.     static void updateArrSend(byte[] eachGroupBuf, byte[] curSendArr)
30.     {
31.         for (int i = 0; i < eachGroupBuf.Length; i++)
32.         {
33.             curSendArr[cmdIndex+i] = eachGroupBuf[i];      
34.         }   
35.         cmdIndex += 4;
36.     }
37. }

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虽然上面的代码实现了握手信号的命令的拼接，但是在实际项目的使用中通常不能这样子写，需要考虑到命令拼接方法的可复用型，以及在拼接过程中可能出现的异常情况的预先处理。关于代码中的 BitConverter.GetBytes(变量名)方法，然后使用了Reverse()对数组进行了反转。之所以需要这么做的原因是因为在C#中使用BitConverter.GetBytes()方法来转换数值类型时，生成的byte数组默认是以本地字节序排列的。而计算机的处理器一般是x86 架构，使用的本地字节序就是我们通常所说的小端存储模式。 大端模式、小端模式：　　大端存储模式的特点是，将最高有效字节(MSB)存储在低位地址中，将最低有效字节(LSB)存储在高位地址中。　　小端存储模式的特点是，将最高有效字节(MSB)存储在高位地址中，将最低有效字节(LSB)存储在低位地址中。大致上可以这样想，位权高的便是高有效字节，位权低的则是低有效字节。比如0x10000064中，4的位权是0, 1的位权是7。

在上图中可以看到，0x0C也就是12的16进制表示在byte数组的索引0位置中。而在C#中，通常声明的数组其内存地址是连续，递增的。所以我们可以看到最低有效字节的0x0C被放到了索引0中。而根据上面的握手信号指令，显然是不满足的。所以需要将小端字节序改为大端字节序，就需要调用Reverse()方法进行数组的反转。

又因为调用Reverse()方法返回的是IEnumerable类型，所以还需要转换成byte数组类型，调用ToArray()后正确得到 0x0000000C 的长度码。对于其他的如命令码也是相同的操作。 二、FINS帧发送命令 (FINS frame)FINS帧命令实际上就是在握手信号发送之后，与PLC建立了正常的连接，此时再进行与PLC的数据交互，我们就需要使用指定的结构拼接FINS帧命令发送给PLC。从官方文档中可以看到FINS帧命令的结构是在握手信号命令的基础上继续扩展的。完整命令的构成：　　FINS头 + 长度码 + 命令码 + 错误码 + FINS frame（大小范围 12 ~ 2012 个字节）

对于FINS frame的构成来说，它有着自己的header, command, parameter/dataFINS header:　　ICF: 显示帧的主要操作信息，其存储的数据2进制表现形式如下。可以看到在图中的描述对于最低位 0的规定，如果需要回复请求则置0，如果不需要回复请求则置1。对于第7位 6的规定则是如果是请求命令则置0，相应则置1。　　那么换算成16进制表示则是，如果请求需要回复为0x80，如果请求不需要回复为0x81，如果是响应请求为0xC0。（0xC1应该没有吧，有知道的可以告诉我谢谢）

　　RSV: 表示这是一个由系统进行操作的字节，固定值为0x00;　　GCT:这个含义是说通讯被允许经过的网关的最大数量。通常我们服务端与客户端是小于2个网关进行连接的为了保证通讯的可靠性，所以一般都设置0x02。但是如果需要增加也可以手动修改这个值。　　DNA:目标网络号, 网络号的值与设备路由表相关，一般固定为0x00，如果设置过路由表则需要根据实际情况调整。　　DA1:目标节点号，就是ip地址最后一部分转为16进制表示，假设目标为PLC那么在本文其目标节点号就是0x0A，如果目标为客户端那么在本文其目标节点号则是0x65　　DA2:目标单元号 ，根据官方文档的描述，如果目标是PLC，则固定为0x00。因为直接与CPU通讯。但若是PLC的扩展模块进行通讯，则需要修改对应的值。　　SNA:源网络号，网络号的值与设备路由表相关，一般固定为0x00，如果设置过路由表则需要根据实际情况调整。　　SA1:源节点号，假设源设备为客户端，那么在本文中其源节点号为0x65。　　SA2:源单元号，如果源设备为客户端，在绝大部分情况下其值也仍是0x00。，　　SID:服务ID，固定为0x00FINS command：　　MRC:主请求码　　SRC:副请求码其中MRC与SRC一起构成完整的操作命令标识码，用来指定帧命令的作用。包含（0101读操作，0102写操作，2301强制操作），并且从ICF 一直到SRC，每个位置都是占1个字节，这两部分加起来总共12个字节。这就是为什么FINS frame的大小最小为12，因为作为帧命令的组成部分这些是必须的。FINS parameter/data：对于帧命令中的数据部分parameter/data，也有其特定的结构。在不同的操作（即主请求码与副请求码组合后的不同命令标识码）中，其每部分所含的字节数，或者各部分的组成顺序也有些许差异。读操作，与读响应中Parameter/data的构成：读操作（0x0101）：　　Area（寄存器中的区域标识，其中DM为0x82，W字为0xB1， W位为0x31）+　　起始地址（由2个字节的起始地址即整数部分， 加上 1个字节的位地址也就是小数部分，又可以说是偏移量） +　　读取的长度（比如往后面读取1个数据就是 0x0001，读取两个数据就是0x0002）

举例：如下面这条完整的由客户端向服务端的D100地址读1个数据的命令　　46494E53 0000001A 00000002 00000000 （FINS/TCP命令头，其中0x00000002在读写指令中是固定的：FINS + 长度码 + 命令码 + 错误码）　　80 00 02 000A00 006500 00 （FINS frame：ICF + RSV + GCT + DNA+DA1+DA2 + SNA+SA1+SA2 + SID ）　　01 01 （FINS command：MRC + SRC）　　82 006400 0001（FINS parameter：area + 起始地址 + 读取的长度）读响应：　　结束码（或者说错误码， 2个字节） +　　读到的值（长度由需要读的数据个数 * 2个字节，即1个数据占2个字节。比如发送读指令中读取长度是0x0002，那么读到的值的长度就是 2 * 2 = 4个字节，如果读取长度是0x000B，那么读到的值长度就是 11 * 2 = 22个字节）

举例：如通过上面的读指令，服务端响应客户端的完整指令如下：　　46494E53 00000018 00000002 00000000 （FINS/TCP命令头，其中0x00000002在读写指令中是固定的：FINS + 长度码 + 命令码 + 错误码）　　C0 00 02 006500 000A00 00 （FINS frame：ICF + RSV + GCT + DNA+DA1+DA2 + SNA+SA1+SA2 + SID ，需要注意ICF由于是响应读请求，所以它2进制表示中的位权为6的值是1）　　01 01（FINS command：MRC + SRC）　　0000 1122（FINS data：结束码 + 读到的值，由于正常读取所以结束码为0x0000）写操作，与写响应中Parameter/data的构成：

写操作（0x0102）：　　AREA + 起始地址 + 写入长度 + 写入的数据内容举例：如下面这条完整的由客户端向服务端的D100地址写1个数据的命令　　46494E53 0000001C 00000002 00000000　　80 00 02 000A00 006500 00　　01 02　　82 006400 0001 1000 （FINS parameter：area + 起始地址 + 写入长度 + 写入数据）写响应：　　结束码（又或者说是错误码）举例：按照写操作的响应完整命令　　46494E53 00000016 00000002 00000000　　C0 00 02 006500 000A00 00　　01 02　　0000 （FINS data：结束码，写入正常为0x0000） 上面的完整指令，为了方便理解所以用空格和换行符进行分隔，在实际中是没有的。强制操作parameter/data的构成：强制操作：　　写入的长度 （如0x0001）+　　强制操作命令 （包括0x0001强制置位，0x0000强制复位，0xFFFF强制取消） +　　Area +　　起始地址举例：由客户端向服务端W101.01写一个强制复位的指令　　46494E53 00000016 00000002 00000000　　80 00 02 00A000 006500 00　　23 01　　0001 0000 31 006501 （FINS parameter：写入的数量 + 强制操作命令 + Area + 起始地址） 大致上介绍完了FINS 帧命令的基本结构（如果有漏了哪里请在评论区告诉我，谢谢），那么现在需要考虑到如何在代码中实现。这里给一个简单的读命令拼接示例。

1. class DemoFinsTcpRead
2. {
3.     static void CreateArrSend()
4.     {
5.         //要拼接完整的命令，我们需要拿到 FINS/TCP头代码，但是里面需要拿到长度码
6.         //长度码指的是，从命令码开始一直到最后的所有字节数，
7.         //而在完整的读指令结构中我们已经知道parameter的长度是1 + 3 + 2 = 6个字节
8.         //又因为 FINS header + FINS command 的字节数加起来等于  10 + 2 = 12 个字节
9.         //再与前面的命令码4个字节 错误码4个字节相加，得到长度应是26个字节，也就是0x1A
10.         byte[] FinsTcpCmd = new byte[50];
11.         int cmdIndex = 0;        
12.         Array.Copy(new byte[]{0x46, 0x49, 0x4E, 0x53}, FinsTcpCmd, 4);
13.         cmdIndex += 4;
14.         Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(26).Reverse().ToArray(),0,FinsTcpCmd,cmdIndex,4);
15.         cmdIndex += 4;
16.         Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(2).Reverse().ToArray(),0,FinsTcpCmd,cmdIndex,4);//读写命令中，固定为0x00000002
17.         cmdIndex += 4;
18.         Buffer.BlockCopy(BitConverter.GetBytes(0).Reverse().ToArray(),0,FinsTcpCmd,cmdIndex,4);
19.         cmdIndex += 4;
20.         
21.         //本文中规定的客户端节点101，服务端节点10
22.         int clientNode = 101;
23.         int serviceNode = 10;        
24.         //那么现在对FINS frame进行拼接。假设我们对D100地址读取1个数据
25.         Buffer.BlockCopy(new byte[]{
26.         0x80,     //ICF
27.         0x00,     //RSV
28.         0x02,     //GCT
29.         0x00,     //DNA
30.         BitConverter.GetBytes(serviceNode)[0],     //DA1
31.         0x00,     //DA2
32.         0x00,     //SNA
33.         BitConverter.GetBytes(clientNode)[0],     //SA1
34.         0x00,     //SA2
35.         0x00      //SID
36.         }, 0, FinsTcpCmd, cmdIndex, 10);
37.         cmdIndex += 10;
38.         
39.         //然后是对FINS command进行拼接
40.         Buffer.BlockCopy(new byte[]{0x01, 0x01}, 0, FinsTcpCmd, cmdIndex, 2);
41.         cmdIndex += 2;
42.         
43.         //最后是对FINS parameter进行拼接        
44.         Buffer.BlockCopy(new byte[]{
45.         0X82,     //DM区字地址
46.         0x00,     //起始地址为2个字节，100取16进制是0x0064，分开存储
47.         0x64,     
48.         0x00,     //位地址0
49.         0x00,     //读取1个数量的数据
50.         0x01
51.         }, 0, FinsTcpCmd, cmdIndex, 6);
52.         
53.         cmdIndex += 6;//最后拿到的也就是完整命令的FinsTcpCmd的总长度 为34
54.     }
55.    
56. }

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为了用于加深对协议的理解，很多地方都做了预设处理。在实际项目中，还需要考虑到命令的复杂多变以及对命令的发送，接收和异常处理机制，等以后有机会再展开吧。至此，本文就到这里结束了。谢谢你们能看完，如果有发现哪里写错了，请告诉我让我改正谢谢！   参考：欧姆龙PLC的FINS TCP协议 https://blog.csdn.net/weixin_37700863/article/details/120536223C#实现16进制与10进制转换 https://www.cnblogs.com/shiyh/p/18186488进制英文缩写的含义 https://www.runoob.com/w3cnote/hex-dec-oct-bin.htmlPLC中的大端小端 https://www.cnblogs.com/depend-wind/articles/13380830.html上位发送FINS/TCP命令通讯欧姆龙PLC官方文档 https://www.fa.omron.com.cn/upload/faqfiles/201806200316173668.pdf上位机与欧姆龙PLC的FINS TCP通讯 https://blog.csdn.net/yu_fujiang/article/details/126831440欧姆龙FInsTcp通讯详解（一）https://blog.csdn.net/sgmcumt/article/details/87435778     
来源:https://www.cnblogs.com/susume/p/18383230
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