在燈光設備中實現RDM

肖志強，段永順

（1.煙臺電視臺，山東 煙臺 264000；2.佑圖物理應用科技發展（武漢）有限公司，湖北 武漢 430056）

1 從DMX512到RDM

1.1 DMX512協議簡介

當前，專業的燈光控制系統通常采用DMX（Digital MultipleX，多路數字傳輸）512協議來傳輸數字化的燈光控制數據。

DMX512協議是一個關于在控制燈光設備及附件的系統中，數字化控制數據異步串行傳輸的技術標準，主要內容包括實施控制數據傳輸的物理平臺、信號接口的電氣特征、數據鏈路的拓撲結構、數據鏈路數據總線上的信號時序、數據包格式等。

該標準最初由USITT（美國戲劇技術學會）于1986年提出，經過不斷完善，2004年由ESTA（美國娛樂服務與技術協會）批準，經ANSI（美國國家標準協會）認可并發布正式版本：ANSI E1.11-2004；2008年，中華人民共和國文化部發布了等同采用該標準的《DMX512-A燈光控制數據傳輸協議》（標準號WH/T32-2008）。雖然在該標準中定義控制數據用于燈光控制，但實際應用中也將這些控制數據引申用于其他類型的控制。

在ANSI E1.11-2004之前的數據鏈路拓撲結構中，雖然已經定義有一主一輔兩條數據鏈路，但對如何使用輔助數據鏈路并沒有明確的限制，而且大多數傳統設備也都只使用主數據鏈路；為規范對輔助數據鏈路的使用，在ANSI E1.11-2004的附錄B中，定義了4種增強功能的網絡拓撲。

在常規定義的DMX512網絡拓撲中，主數據鏈路上的信號流方向實際上是確定的，即控制數據總是從控制設備發出，經由數據總線單向傳輸至各受控制設備。控制設備通過不斷地重復發送控制數據來保證數據的實時性和正確性。由于沒有明確定義的信息逆向傳輸規范，操作者不能通過控制設備本身了解應用系統的組成以及受控制設備的運行狀態信息，使實際操作有諸多的限制。

1.2 RDM協議簡介

為了讓操作者能通過控制設備本身了解應用系統的相關信息，新的RDM（Remote Device Management，遠程設備管理）技術標準應運而生。與DMX512-A技術標準的正式出臺流程相同，這一標準也是首先由ESTA批準，再經ANSI認可并發布，正式版本為ANSI E1.20-2006。

在ANSI E1.20-2006中明確定義RDM是使用ANSI E1.11中定義的增強功能網絡拓撲EF1，允許控制設備通過DMX512網絡實現對連接在應用系統數據鏈路中的中間及終端設備的查找、配置、監視及管理等功能。因此，RDM與DMX512是緊密關聯的，傳統的燈光應用系統能方便地升級至具備RDM的功能。

2 RDM與DMX512的異同

要在燈光應用系統中實現RDM的功能，相關的設備必須符合RDM的基本要求。與DMX512系統中的設備分類類似，RDM也將應用系統中的設備定義為控制設備、中間設備、受控制設備三大類，其中受控制設備所用的名詞（RESPONDER，下稱“應答設備”）與在DMX512中所使用的名詞（RECEIVER，下稱“接收設備”）有明顯區別。按照技術標準的要求，具備RDM功能的設備在純粹的DMX512應用系統中使用時，不應對原DMX512設備造成任何不良影響，也即RDM設備與DMX512設備能無縫對接。

推廣應用RDM的目的是為了能夠在DMX512網絡中完成對設備的遠程管理，因此，所有的RDM設備除了新增加的對RDM的支持，都必須具備與其應用特性相同的DMX512設備的全部功能。本文描述中如果沒有特別提及DMX512特性，不代表不需要關注DMX512要素。

相對DMX512而言，RDM增加的主要功能是實現設備的遠程管理，其信號傳輸平臺與DMX512相同，因此，RDM設備與DMX512設備生產制造成本幾乎相當，增加的功能主要由控制軟件實現。

RDM使用ANSI E1.11中定義的增強功能網絡拓撲EF1，允許主數據鏈路上半雙工通信的建立，因此，在RDM設備中，連接主數據鏈路通信端口的信號流向應能受控切換。

3 設備中RDM的實現

3.1 概述

在整個燈光控制應用系統中，控制設備是靈魂，掌握著數據傳輸的主導權；受控制設備（無論是否具備RDM功能）是應用系統實際功能的最終體現者；中間設備則主要為應用系統中各種信息數據的高質量傳輸或組建大系統提供保障。設備除具備RDM要求的功能外，還必須保證DMX512功能的正常實現。

控制設備的基本功能需求包括：與DMX512相關的全部功能；RDM控制命令的發送；RDM反饋信息的接收；RDM信息的顯示。

應答設備的基本功能需求包括：與DMX512相關的全部功能；RDM控制命令的接收；RDM反饋信息的發送。

中間設備的基本功能需求主要是能夠保證數據網絡中信號的雙向傳輸。

設備中如何實現DMX512的功能，在當前的專業燈光領域都已經非常成熟，本文不再贅述。另外，本文也不討論在中間設備中實現RDM。

3.2 硬件實現

通過分析各種類型RDM設備的基本要求可以發現，相對于DMX512，要在設備中實現RDM，控制設備主要是需要增加接收RDM反饋信息的能力（對于高端的控制設備，顯示裝置已是必備，實際上不需要額外的硬件增加）；應答設備主要是增加發送RDM反饋信息的能力；中間設備則必須使其具備信號的雙向傳輸能力。

在傳統的DMX512系統中，控制設備只需要通過主數據鏈路單向發送控制數據，因此，主數據鏈路的通信端口可以不需要具備切換信號流向的能力；而在RDM系統中，控制設備除需發送控制數據外，還需要為完成設備的遠程管理而接收系統中其他設備反饋的信息，RDM規定發送的控制數據和反饋的信息數據分時使用主數據鏈路，因此，控制設備必須能夠對主數據鏈路通信端口的信號流向進行控制切換。在RDM系統中，主數據鏈路上數據的流向實質是由控制設備確定的。

在控制設備中實際使用的通信端口器件，一般都同時具備發送以及接收信號的能力，由使用者根據實際需要來選擇控制具體的工作狀態。在DMX512設備中，對這個器件的控制是選擇一個固定的狀態（發送）就可以。在RDM設備中，只需要將這個狀態控制修改為動態選擇就可以完成分時的發送或接收信號，達到半雙工通信的要求。

同樣，在應答設備中，只需要將通信端口的器件狀態控制修改為動態選擇就可以實現。

因此，對控制設備和受控制設備而言，具備RDM功能的設備和只具備DMX512功能的設備在硬件要求上幾乎是完全相同的。要使設備具備RDM的功能，增加功能主要通過加強控制軟件的設計來完成。

3.3 軟件實現

下文只討論控制軟件中與RDM相關的部分。

3.3.1 控制設備完成RDM流程

在具備RDM功能的應用控制系統網絡中，主數據鏈路上DMX512控制數據的傳送仍然是其主要任務，RDM數據的傳送只是在DMX512控制數據的傳送間隙中穿插進行。RDM控制命令的發送及反饋信息的接收時機都是由控制設備來選擇的，只在需要時進行。因此，控制設備的控制軟件必須能識別RDM的需求時機，在需要的時候放棄向數據總線的發送。受控制設備則只在接收到相關的控制命令后才會被動地向數據總線發送數據。

控制設備在完成RDM的功能時，一般需要按以下的流程進行：識別RDM需求—等待時機—發送RDM控制命令—接收反饋信息—其他任務。必須注意發送及接收任務的執行只能在兩個DMX512控制數據幀的發送間隙中進行，即不能中斷當前DMX512控制數據幀的發送，且不能使相鄰的兩個DMX512數據幀的間隔時間超過限制。

3.3.2 RDM控制命令

控制設備發送的RDM控制命令按ANSI E1.20-2006的定義劃分為3類：

（1）設備查找（DISCOVERY_COMMAND）；

（2）設備信息收集（GET_COMMAND）；

（3）設備設置參數（SET_COMMAND）。

這3類命令中查找及信息收集這兩類控制命令是為實現設備的遠程管理準備數據，是實現設備遠程管理的基礎；而改變設備的設置參數則可以視為設備遠程管理的具體表現。受控制設備響應控制設備發送的RDM控制命令，必要時發送反饋信息。

3.3.3 RDM數據幀要求

除對查找命令（PID=0x0001）的響應外，其他的RDM數據幀具有相同的結構模式，每數據幀按字節順序的組成見表1。

表1 RDM數據幀構成

其中第一、二字節內容固定，分別為0xCC、0x01，表明數據幀的特性；數據幀長度內容實際為校驗碼的起始字節順序號，最小值24，最大值255；而信息數據塊由命令類型（CC）、命令參數ID（PID）、參數字節長度（PDL）、具體參數字節內容（PD）共4個部分組成，其中具體參數內容視具體的命令可有可無，最多231字節，整個信息塊的最小長度4字節，最多235字節，尤其是控制設備發出的RDM命令，很多都是參數長度為0的命令。控制設備發送的RDM命令及應答設備發送的反饋信息都需要按照這種格式來組織具體的數據幀內容。

控制設備中控制信號數據幀及應答設備中反饋信息數據幀在發送過程中主要信號時段的時間要求見表2。控制軟件必須保證信號幀中的時間符合這些要求。

表2 信號幀中信號時段要求

表中全數據幀中的n是指數據幀中需要傳送的數據字節總數，對RDM類數據，最大值為257，對DMX512類數據，最大值為513；并且要求數據幀中相鄰字節間的平均時間值不能超過76 μs。

這個時間要求中，相比ANSI E1.11-2004中的要求定義更加明確，主要是為了保證RDM數據的傳輸盡可能少地占用數據鏈路的時間。

為保證RDM數據的正確傳輸，以及盡可能降低對DMX512控制數據發送的影響，控制軟件除了需要嚴格控制數據幀中的信號時段外，對于數據幀之間的間隔也必須加以關注并加強控制。ANSI E1.20-2006要求控制設備信號端口相鄰數據幀之間的時間間隔見表3。

表3 控制設備通信端口相鄰數據幀間隔時間要求

對應答設備信號端口相鄰數據幀之間的時間間隔見表4。

表4 應答設備通信端口相鄰數據幀間隔時間要求

表3及表4中最小時間間隔的規定是為了保證應用系統中各設備的信號端口有足夠的時間切換通信器件的信號傳輸方向。

3.3.4 控制設備識別其他設備的能力

為了實現設備的遠程管理，控制設備首先必須具備識別連接在應用系統中其他設備的能力。控制設備識別連接在應用系統中其他設備是通過發送查找命令及處理反饋信息來完成的，查找的依據是設備的UID，ANSI E1.20-2006定義設備的UID由48位二進制編碼構成，包括16位的制造商ID及32位的設備ID，因此，應用系統中連接的設備數量理論上限為281 474 976 710 656臺。要在數量如此巨大的范圍內識別出每一臺設備的UID，如果不采取恰當有效的算法，幾乎不可能迅速完成。在ANSI E1.20-2006中推薦了一種二分查找的算法，采用這種算法極其有效地加快查找進程，即使是識別應用系統中2個相鄰編號的UID，最多也只需要發送49次查找命令。

3.3.5 響應能力

RDM雖然定義有很多的信息收集及設置參數命令，但并沒有要求所有的設備都具備響應命令全集的能力。實際上，由于設備功能要求的差異性，對命令全集的響應沒有必要，但為了保證設備遠程管理基本功能的實現，規定了設備尤其是應答設備對一些基本的控制指令必須予以響應；同時，考慮到不同設備或設備制造商的特殊需求，規定設備制造商可以自行定義一些符合RDM要求的特殊命令。因此，在控制設備發送控制命令的軟件設計中，對于RDM命令的組織應該具備足夠的靈活性，以保證控制設備的兼容能力。

為保證應用控制系統基本RDM功能的實現，應答設備必須至少能對表5中列出的命令進行響應。

設備中與RDM處理相關的主要流程見圖1。

圖1 設備中RDM任務流程

控制設備的RDM任務通過操作者的具體功能操作啟動，受控制設備的RDM任務啟動則是在接收到適宜的RDM命令后自行啟動。

經過不斷的創新實踐，國內有的企業已研制推出了部分支持RDM的設備，如佑圖物理應用科技發展（武漢）有限公司的XACT系列智能換色器、XTRA系列機械調光器等，佑圖還將在即將推出的大功率的LED聚光燈、成像燈等新產品中植入對RDM的支持。

表5 受控制設備（應答設備）最少要求的命令響應

[1] ANSI E1.11-2004 Entertainment Technology—USITT DMX512-A—Asynchronous Serial digital Data Transmission Standard for Controlling Lighting Equipment and Accessories

[2] ANSI E1.20-2006 Entertainment Technology—RDM—Remote Device Management Over DMX512 Networks

[3] WH/T32-2008 DMX512-A燈光控制數據傳輸協議.中國演藝設備技術協會演出場館設備專業委員會編制