SEMI E4半导体设备与主机间的基础消息传输协议（SECS-I）概述
引言
SECS-I 是SEMI与日本电子工业发展协会合作制定的设备通信基础标准，侧重于消息传输的物理与逻辑协议层。该标准基于EIA RS-232-C（或JIS C 6361）的子集，适用于晶圆制造、加工、测量、封装等各类设备与主机之间的通信。
SECS-I 定义了包括连接器类型、电气电平、数据速率及通信协议在内的完整接口规范，但不涉及消息具体内容——后者由SEMI E5（SECS-II）规定。
物理接口与电气特性
SECS-I 支持9针或25针D型连接器，采用全双工串行通信方式。电气电平符合RS-232-C标准：
- 逻辑1：≤ -3V
- 逻辑0：≥ +3V
- 最大电压：±25V
可选电源引脚（25针连接器的18与25脚）可为外部电路提供隔离电源，支持电流≥50mA。
标准数据速率包括9600、4800、2400、1200、300波特，并可选19200与150波特。信号质量要求误码率低于1×10⁻⁶。
字符结构与数据块
数据传输以10位字符为单位，包括：
- 1个起始位（0）
- 8个数据位
- 1个停止位（1）
数据按块（Block）组织，每块最大254字节，含10字节头部和最多244字节数据。消息可由1至32767个块组成，最大消息长度约7.99 MB。
块传输协议（Block Transfer Protocol）
SECS-I 通过块传输协议管理通信方向、冲突解决与错误恢复，支持双向异步传输。协议状态包括：
- 空闲（Idle）
- 发送（Send）
- 接收（Receive）
- 线路控制（Line Control）
- 完成（Complete）
握手机制：
- ENQ：请求发送
- EOT：准备接收
- ACK：正确接收
- NAK：接收错误
超时与重试：
- T1：字符间超时
- T2：协议超时（ENQ→EOT等）
- RTY：最大重试次数，超限则判定发送失败
校验和为16位，基于头部与数据计算，用于检测传输错误。
报头（Header）结构
（图片来源: SEMI E4）
每个块的头部为10字节，包含以下关键字段：
- R位：消息方向（0→设备，1→主机）
- E位：是否为消息末块
- 设备ID：15位，标识设备
- W位：是否期待回复
- 消息ID：15位，对应SECS-II中的流（Stream）与函数（Function）
- 块号：用于多块消息顺序标识
- 系统字节：4字节，用于消息与应答关联
消息协议与交互管理
消息是完整的单向通信单元，由头部与数据组成。交互（Transaction）由主消息和可选的应答消息构成。
消息处理机制：
- 应答链接：主消息的W位=1时启动应答计时器（T3）
- 重复块检测：通过比较连续块的头部实现
- 路由错误：设备ID不匹配时视为错误
- 块间超时（T4）：多块消息中块接收间隔超时则取消消息
协议参数与文档要求
SECS-I 实施需明确以下参数：
- 设备ID
- 超时参数 T1~T4
- 重试次数 RTY
- 主从角色（M/S）
- 块长度（10~254字节）
符合性文档需说明参数设置方法、支持的消息长度、是否支持多块与消息交错、最大并发交互数等。
结语
SECS-I 作为半导体设备通信的底层标准，为设备与主机提供了可靠、结构化的消息传输机制。理解其协议细节与参数配置，对于开发稳定高效的设备通信系统至关重要。随着工业通信网络的发展，SECS-I 仍作为许多设备接口的基础，持续支持半导体制造的高精度协作。
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