CAN總線和基于CAN總線的高層協(xié)議

DeviceNet 的標(biāo)識符分配方案是面向節(jié)點的信息標(biāo)識符分配,對于DeviceNet系統(tǒng),最多數(shù)量為64個的節(jié)點,其每一個節(jié)點擁有一組出自于3個信息組的標(biāo)識符,如表1所示。信息組1為每個設(shè)備的16個信息提供一高優(yōu)先信息組,報文ID較小的總是優(yōu)先發(fā)送;信息組2的信息優(yōu)先權(quán)主要取決于節(jié)點的號碼,信息的MAC- ID可以是目標(biāo)或源地址該段共計分配512個標(biāo)識符。信息組3與信息組1結(jié)構(gòu)相似,但提供給每個設(shè)備7個標(biāo)識符優(yōu)先級比較低,這組的標(biāo)識符優(yōu)先權(quán)被平均分配到網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備。信息組4只有48個標(biāo)識符,不包含任何設(shè)備地址,該組信息主要用于網(wǎng)絡(luò)管理。由于采用了基本CAN類型的控制器,信息濾波的潛能受到限制,信息組2以這種受到限制的潛能去支持多個設(shè)備,因此選擇了根據(jù)節(jié)點號碼的濾波功能。即DeviceNet規(guī)定了一個預(yù)定義主從連接組,以便于觀察主-從系統(tǒng)配置的通訊。下面的信道功能是為了向基于預(yù)定義連接組的主從設(shè)備間的I/O與顯式信息的交換提供支持:
l 顯式信息信道。
l 主機查詢改變信道的狀態(tài)循環(huán)。
l 從機I/O改變信道的狀態(tài)循環(huán)。
顯式信息主要服務(wù)于設(shè)備的配置。主機查詢改變狀態(tài)信道使得主機可以向設(shè)備請求I/O數(shù)據(jù)并把輸出數(shù)據(jù)發(fā)送到從機。借助于改變狀態(tài)循環(huán)或從機I/O(通過改變狀態(tài)循環(huán)觸發(fā)或通過應(yīng)用觸發(fā)),從機將輸入數(shù)據(jù)發(fā)送到主機。通過位選通指令,主機可以從最多為64個的從機中請求接收一個輸入數(shù)據(jù)。由于所有的這些信息都是被響應(yīng)的,所以對這些不同的功能性分配了8個信息標(biāo)識符。如果請求獲取數(shù)據(jù)的位選通沒有使用一高效的標(biāo)識符,則通過目的地址場在從機上對信息進行濾波。
CANopen 系統(tǒng)的標(biāo)識符分配使用在CAL子集,其中CMS(CAN-based Message Specification)將信息標(biāo)識符定義了8個優(yōu)先級,每個級別擁有220個ID,范圍從1～1760,剩余的標(biāo)志(0,1761～2031)保留給NMT(Network MessagemenT)。在CANopen的系統(tǒng)中,可能訪問的節(jié)點為128個,所以保留128個信息標(biāo)識符作為節(jié)點保護。
在最小系統(tǒng)配置中,CANopen規(guī)定了一個面向設(shè)備的標(biāo)識符分配方案,這種方法可以供127臺設(shè)備默認(rèn)連接到一臺主設(shè)備上(如圖1所示)。通過4位的功能代碼可以區(qū)分某些情況的16種基本功能,這些情況分別是:2個數(shù)據(jù)過程信道的接收和發(fā)送、一個點對點信道、節(jié)點狀態(tài)控制、節(jié)點保護、緊急情況通報以及接收同步信息和有時間標(biāo)記的信息。由于信息的優(yōu)先級由它的功能決定,所以功能代碼位于信息標(biāo)識符的最高幾位。

圖2 CANopen最小系統(tǒng)標(biāo)識符分配方案

2.2 交換過程數(shù)據(jù)
在一分布式自動化系統(tǒng)的設(shè)備之間發(fā)送過程數(shù)據(jù)是CAN 通訊系統(tǒng)的目的,它應(yīng)以最高效率的方式完成。因此,對于應(yīng)用規(guī)定的數(shù)據(jù)(過程數(shù)據(jù)、I/O數(shù)據(jù))其傳送應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)生者使用者的模型來執(zhí)行,其意思就是說, 通過相關(guān)的信息ID推斷所發(fā)送的數(shù)據(jù)。信息的產(chǎn)生者和使用者在這種情況下被假設(shè)擁有使用數(shù)據(jù)的知識或明白發(fā)送數(shù)據(jù)的含義。
在CAN基本協(xié)議中,各個節(jié)點采用規(guī)定的模式交換數(shù)據(jù)。CAN的數(shù)據(jù)流由數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀4種不同的幀類型所表示和控制。數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。遠程幀由總線單元發(fā)出,請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。任何單元檢測到一總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。超載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀(或遠程幀)之間提供一附加的延時。
但是,DeviceNet和CANopen在過程數(shù)據(jù)交換采用不同的解決方案。DeviceNet過程數(shù)據(jù)通過“I/O信息”傳送,CANopen過程數(shù)據(jù)通過“過程數(shù)據(jù)對象”(PDOs Process Data Object)傳送。
DeviceNet 支持下列的觸發(fā)模式:循環(huán)、改變狀態(tài)和應(yīng)用對象觸發(fā)。通過循環(huán)觸發(fā)的模式當(dāng)指定信息的傳送觸發(fā)定時器終止時,信息的發(fā)送就會被啟動。通過狀態(tài)改變的模式當(dāng)檢測到應(yīng)用對象狀態(tài)改變時,信息發(fā)送就會開始,當(dāng)一特定間隔時間結(jié)束而沒有發(fā)送信息,信息也會被發(fā)送。通過應(yīng)用對象觸發(fā)模式,應(yīng)用對象可以決定何時觸發(fā)信息的發(fā)送,當(dāng)一特定間隔時間結(jié)束而沒有發(fā)送信息時信息也會被發(fā)送。
CANopen的觸發(fā)模式劃分為事件、應(yīng)用請求或預(yù)定義同步信息接收后的觸發(fā)模式。事件觸發(fā)可以在子協(xié)議(Profile)或應(yīng)用指定的事件(異步 PDO)中產(chǎn)生。PDO的發(fā)送也可以通過接收一遠程請求信息而被觸發(fā)。“同步PDO” 是通過接收同步信息的一指定號碼而被循環(huán)觸發(fā)的。同步信息也可以被用作為整個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)獲得的同步以及輸出數(shù)據(jù)濾波的同步。傳輸實時數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)從一個生產(chǎn)者傳到一個或多個消費者,傳送限制在1到8個字節(jié),即一個PDO可以傳輸最多64個數(shù)字I/O值或者4個16位的AD值。
數(shù)據(jù)交換過程中,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會產(chǎn)生或者消耗一個以上的映射應(yīng)用對象。DeviceNet和CANopen為靈活地將應(yīng)用數(shù)據(jù)映射到通訊對象而提供了非常完善的方法。