【導(dǎo)讀】IO-Link數(shù)據(jù)鏈路層是連接物理層與應(yīng)用層的核心樞紐，負(fù)責(zé)主從站間的可靠數(shù)據(jù)傳遞。它通過(guò)消息處理、模式轉(zhuǎn)換、過(guò)程數(shù)據(jù)與按需數(shù)據(jù)四大模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)管理、過(guò)程數(shù)據(jù)交換和按需參數(shù)讀寫。該層具備自動(dòng)波特率檢測(cè)機(jī)制，支持三種標(biāo)準(zhǔn)速率自適應(yīng)與自定義速率擴(kuò)展，并通過(guò)錯(cuò)誤檢測(cè)與重傳機(jī)制確保傳輸可靠性。數(shù)據(jù)鏈路層作為協(xié)議棧的功能主體，承載著約90%的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，是構(gòu)建穩(wěn)定IO-Link通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
01 鏈路層總覽
數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer，DL）在IO-Link協(xié)議棧中承擔(dān)承上啟下的作用，負(fù)責(zé)在主站與從站之間通過(guò)物理鏈路傳遞消息。該層包括消息處理模塊、模式轉(zhuǎn)換模塊、過(guò)程數(shù)據(jù)處理模塊（PD）及按需數(shù)據(jù)處理模塊（OD）。
—— DL層的主要功能與職責(zé) ——
DL層定義了一組供應(yīng)用層（AL）使用的DL服務(wù)，用于交換過(guò)程數(shù)據(jù)（PD）和按需數(shù)據(jù)（OD）。
同時(shí)，DL層還定義了另一組供系統(tǒng)管理（SM）使用的DL服務(wù)，用于獲取設(shè)備識(shí)別參數(shù)以及配置數(shù)據(jù)鏈路內(nèi)部的狀態(tài)機(jī)。
DL層利用物理層服務(wù)（PL-Services）控制物理層（PL），并完成UART幀的交換。
DL層還負(fù)責(zé)消息的錯(cuò)誤檢測(cè)（包括內(nèi)部協(xié)議錯(cuò)誤及物理層上報(bào)的錯(cuò)誤），并采取相應(yīng)糾錯(cuò)措施（例如重傳）。
整個(gè)協(xié)議棧的開發(fā)中，約90%的代碼集中在數(shù)據(jù)鏈路層。該層包含四大模塊：On-RequestData、ProcessData、DL-Mode和Message。其中，OD模塊進(jìn)一步劃分為三個(gè)子模塊：ISDU、CMD和Event。
Message模塊：與物理層交互，負(fù)責(zé)處理物理層傳遞的消息，包括解碼、解析與緩存，并將數(shù)據(jù)分發(fā)給其他模塊（如PD和OD）；同時(shí)也接收其他模塊的數(shù)據(jù)，進(jìn)行打包和校驗(yàn)后交由物理層發(fā)送。
On-request模塊：根據(jù)Message模塊傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分別交由ISDU、CMD和Event三個(gè)子模塊處理。
DL-mode模塊：與SystemManagement模塊交互，確定當(dāng)前主站或從站的狀態(tài)，例如Pre-Operate或Operate等。
Process Data模塊：負(fù)責(zé)處理輸入和輸出的過(guò)程數(shù)據(jù)。
02 DL-Mode
DL-Mode的首要任務(wù)是檢測(cè)喚醒信號(hào)，并按照規(guī)定的速率依次探測(cè)從站的通信速率。
當(dāng)主站嘗試與從站建立IO-Link通信時(shí)，首先發(fā)送一個(gè)喚醒信號(hào)，隨后立即發(fā)送第一條消息（0xA2 0x00），該消息用于讀取從站的CycleTime。
在喚醒請(qǐng)求（WURQ）之后，DL模塊在TREN時(shí)間和TDMT時(shí)間之后，按照COM3、COM2、COM1的指定傳輸速率依次發(fā)送測(cè)試消息，直至收到從站的響應(yīng)報(bào)文。具體步驟如下：
主站以COM3速率（230400 bit/s）發(fā)送消息；
主站以COM2速率（38400 bit/s）發(fā)送消息；
主站以COM1速率（4800 bit/s）發(fā)送消息；
從站以COM1速率響應(yīng)。
根據(jù)圖示，主站每間隔500ms重復(fù)執(zhí)行上述探測(cè)流程，直到收到從站響應(yīng)為止。每次500ms周期內(nèi)的探測(cè)過(guò)程具體如下：
在一個(gè)發(fā)送周期內(nèi)包含三個(gè)重試子周期，即規(guī)范中所稱的“三次重試”。若三次重試均未成功，主站將重新進(jìn)入SIO狀態(tài)，并再次發(fā)起喚醒和探測(cè)流程。
進(jìn)一步觀察每個(gè)重試子周期的具體序列，其順序?yàn)椋合劝l(fā)送喚醒信號(hào)，再依次以三種不同速率進(jìn)行探測(cè)。
基于上述機(jī)制，理論上可調(diào)整探測(cè)報(bào)文的通信速率。若同時(shí)修改主站和從站的速率，即可實(shí)現(xiàn)自定義IO-Link通信速率。目前我們已在400Kbps速率下成功實(shí)現(xiàn)IO-Link通信。
在數(shù)據(jù)鏈路層的時(shí)間檢測(cè)方面，需嚴(yán)格遵循以下規(guī)則：
（此處原有圖表或規(guī)則未展開，建議補(bǔ)充具體時(shí)間參數(shù)或規(guī)范條目）
03 Fallback
根據(jù)規(guī)范，IO-Link主站具備發(fā)送Fallback指令的能力，該指令可強(qiáng)制設(shè)備切換至SIO模式。盡管該指令在實(shí)際應(yīng)用中較少使用，但對(duì)主站而言具有實(shí)際意義：發(fā)送Fallback后，主站將終止IO-Link通信，切換至DI/DO模式。從站也需同步切換至DI/DO模式，即將Pin4由串口模式切換為DI/DO模式。
規(guī)范要求，設(shè)備在接收到Fallback指令后，必須在500ms內(nèi)完成向SIO模式的切換。
