通讯协议概述

Name: Darra Software PLC
Author: Darra

Darra Software PLC 的通讯边界分为两层：现场总线只走 EtherCAT + DarraSync；Windows Darra.PLC.Service 控制面通过 HSL 支持已接入的外部设备协议，并对上层系统提供 OPC UA / MQTT / HTTP 等数据接口。

通讯架构

DarraLink / RemoteAccessServer — 核心通讯服务

Darra 自有端口是固定协议常量, UI 不显示、不可编辑:

通道	固定端口	说明
DarraLink	TCP 18821	IDE ↔ Service 主通道: 变量读写、订阅推送、远程部署、热更新
RemoteAccessServer	HTTPS 18443	IDE 远程管理 API: 状态、变量、报警、诊断、启停、项目上传/下载、日志
HMI Web	HTTP/WebSocket 18823	HMI 页面与实时数据推送
Discovery UDP	UDP 18852	同广播域设备发现兜底

关键特性:

连接限速 + 事件过滤 + 命令超时
变量缓存 + 事件优先队列
客户端会话: 认证 / 消息解析 / 订阅管理
DarraLink 二进制帧 + RemoteAccess HTTPS REST, 便于 IDE 和管理端集成

协议适配器架构

所有外部通讯协议通过统一的 IProtocolAdapter 接口接入:

public interface IProtocolAdapter
{
    // 连接管理
    Task<bool> ConnectAsync(ConnectionConfig config);
    Task DisconnectAsync();
    bool IsConnected { get; }

    // 数据读写
    Task<byte[]> ReadAsync(string address, int length);
    Task WriteAsync(string address, byte[] data);

    // 状态与诊断
    ProtocolStatus GetStatus();
    event EventHandler<ConnectionStateChangedEventArgs> ConnectionStateChanged;
}

PLCDriverFactory 根据协议 ID 动态创建对应的适配器实例。HSL 通讯能力主要运行在 Windows Darra.PLC.Service 控制面；Linux 硬实时版只写已完成 Linux 原生适配的协议，不暗示 HSL 已全量可跑。

支持协议总览

分类	协议	适配器	传输层
现场总线	EtherCAT	Darra.Core.dll	以太网 (L2)
实时同步	DarraSync	DarraRT_Sync.sys	L2 EtherType
PLC 互联	西门子 S7	S7ProtocolAdapter	TCP
PLC 互联	三菱 MC	MCProtocolAdapter	TCP/UDP
PLC 互联	欧姆龙 FINS	FINSProtocolAdapter	TCP/UDP
通用协议	Modbus RTU	ModbusRtuAdapter	RS-485
通用协议	Modbus TCP	ModbusRtuAdapter	TCP
企业集成	OPC UA	OPC UA 服务	TCP
物联网	MQTT	MQTT 客户端	TCP
物联网	HTTP REST	HTTP 协议适配	HTTP
数据存储	SQLite	数据库连接	本地文件
串口通讯	RS-232/RS-485	串口适配	串口

通讯协议库

大部分 PLC 互联协议基于成熟的工业通讯协议库实现, 确保与各品牌 PLC 的兼容性。

PLCDataServer — 数据映射

PLCDataServer 负责 PLC M 区内存 与 服务寄存器 之间的双向映射:

PLC 程序通过 M 区地址访问通讯数据
外部协议适配器通过寄存器地址读写
支持多种数据类型: BOOL / INT / DINT / REAL / STRING

PLC M区       PLCDataServer      外部设备
MW100  ←→   寄存器 40001   ←→   Modbus 从站
MD200  ←→   寄存器 40003   ←→   OPC UA 节点
MX0.0  ←→   线圈 00001     ←→   远程 IO

通讯可靠性

通讯异常处理原则

所有通讯操作必须有 try-catch + 自动重连机制。禁止未处理异常导致系统停止。

自动重连: 断线后自动重试 (间隔逐步增大, 最大 60s)
连接监控: Watchdog 周期检测连接健康状态
优雅降级: 单协议故障不影响其他通讯通道
日志记录: 所有连接/断线/错误事件写入结构化日志

四层协议栈

Darra 的通讯层按延迟要求分四个技术栈:

层	协议	延迟	典型场景
物理实时	Raw Ethernet (L2)	< 1 ms	EtherCAT 过程数据
传输实时	KCP over UDP	1 ~ 10 ms	跨路由运动同步
可靠传输	TCP	10 ~ 500 ms	Modbus TCP, S7, OPC UA
现代化	QUIC / HTTP/3	与 TCP 相近, 抗丢包更好	云端、移动 HMI

Raw Ethernet 由内核驱动 (DarraRT_Eth.sys) 负责, 绕过 Windows TCP/IP 栈, 保证微秒级确定性。其他三层运行在用户态 Service/Runtime 进程中。

Raw Ethernet

EtherCAT 专用, 见 EtherCAT。数据在内核态驱动里组帧, 不经过 Windows NDIS 上层, 因此抖动极低。

KCP

KCP 是在 UDP 之上的可靠传输协议 (ARQ), 比 TCP 延迟低、抗弱网能力强, 适用于:

跨路由的多主站同步 (分布式 PLC 之间)
远程示教盒 (机器人)
移动 HMI 弱网场景

TCP

最广泛的可靠传输, 所有常规工业协议 (Modbus TCP / S7 / MC / FINS / EtherNet/IP / OPC UA) 都走 TCP。

QUIC

QUIC 把 TCP 的可靠性 + TLS 加密 + 0-RTT 握手合到一起, 跑在 UDP 上。优势:

连接迁移 (切换 WiFi 不断连)
无对头阻塞
内置加密

HTTP/3 是 QUIC 上的 HTTP 实现, Darra 的 HTTP API 可配置为 HTTP/3。

协议与产品分工

不是所有协议都是 PLC 主站主动发起, 按角色划分:

产品	作为主站 (Client)	作为从站 (Server)
EtherCAT	Yes	No
Modbus TCP	Yes	Yes
Modbus RTU	Yes	Yes
S7	Yes	No (规划中)
MC	Yes	No
FINS	Yes	No
EtherNet/IP	Yes	Yes (作为 I/O 适配器)
CANopen	Yes	No
OPC UA	Yes	Yes (默认角色)
MQTT	Yes	No (一般 Broker 不在 PLC)
HTTP REST	Yes	Yes
串口	Yes	Yes
数据库	Yes	-

设计目标

所有通讯协议的实现遵循统一设计目标:

异常不抛出到 PLC 程序: 失败时置 FB 的 Error=TRUE + 错误码, 由 PLC 决定怎么处理。不中断 PLC 扫描。
自动重连: 所有协议默认开启自动重连, 指数退避 1s → 60s。
连接池: 单个连接配置可以被多个 FB 共享, 不浪费 TCP 握手开销。
批量优化: 优先使用协议原生的批量操作 (S7 BatchRead, MC 多块, Modbus 多寄存器)。
诊断内建: 每个连接都有自己的诊断页面, 不需要另装抓包工具。
压力测试: IDE 自带压力测试工具, 下载项目前能验证对端设备的吞吐。

通讯监视

统一的通讯监视面板 (Ribbon → 诊断 → 通讯监视):

每个连接的实时状态 (建立/空闲/忙/故障)
请求/响应统计 (总数、成功率、平均延迟)
错误明细 (最近 N 条错误)
原始帧查看 (类似 Wireshark 但更轻量)
流量图 (随时间的 KB/s 曲线)

协议扩展

IDE 提供 SDK 让用户实现自定义协议:

public class MyProtocolAdapter : IProtocolAdapter {
    public Task<bool> ConnectAsync(ConnectionConfig cfg) { ... }
    public Task<byte[]> ReadAsync(string addr, int len) { ... }
    public Task WriteAsync(string addr, byte[] data) { ... }
    ...
}

// 注册
PLCDriverFactory.Register("MyProtocol", () => new MyProtocolAdapter());

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DarraLink / RemoteAccessServer — 核心通讯服务​

协议适配器架构​

支持协议总览​

PLCDataServer — 数据映射​

通讯可靠性​

四层协议栈​

Raw Ethernet​

KCP​

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QUIC​

协议与产品分工​

设计目标​

通讯监视​

协议扩展​