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CANOpen網(wǎng)絡(luò)管理與特殊協(xié)議解刨

作者： 時間：2016-12-13 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
在CANopen創(chuàng)立之初，即使在CAN總線應(yīng)用最廣泛的汽車電子行業(yè)，網(wǎng)絡(luò)中的CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)量和需要通訊的信息都是比較少的。人們使用CAN取代RS485，主要是看重其可以突發(fā)發(fā)送的實(shí)時性優(yōu)勢，而在多節(jié)點(diǎn)、長距離應(yīng)用中，CAN總線和RS485比起來并無優(yōu)勢，比如同樣的波特率下，CAN的通信距離只能達(dá)到RS485的0.6-0.8倍，而多節(jié)點(diǎn)通信CAN無法進(jìn)行任意的突發(fā)發(fā)送，不得不遵循RS485那樣的輪詢通信機(jī)制，否則會導(dǎo)致?lián)矶?，如圖1所示。就像這個十字路口的汽車，如果車只有10輛，即使沒有交通燈，根本不會擁堵。而如果有100輛，如果任意行駛，就會發(fā)生嚴(yán)重?fù)矶隆?p>

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201612/329285.htm

圖1 CAN的突發(fā)優(yōu)勢和多節(jié)點(diǎn)擁堵

CANopen的創(chuàng)始人是非常了解CAN總線這個特征，所以在設(shè)計(jì)CANopen時，對其定義為小網(wǎng)絡(luò)、控制信號的實(shí)時通訊：

  • 報文傳輸采用CAN標(biāo)準(zhǔn)幀格式。即11bit的ID域，以盡量減小傳輸時間；

  • 網(wǎng)絡(luò)控制報文均采用數(shù)據(jù)最小字節(jié)數(shù)。比如心跳報文，只有1個字節(jié)數(shù)據(jù)；

  • 實(shí)時更新的過程數(shù)據(jù)無需接收方報文應(yīng)答。即采用生產(chǎn)消費(fèi)模型，降低總線負(fù)載；

  • 需要接收方確認(rèn)的配置參數(shù)一般都是采用快速單字傳輸。即1個報文最多傳送1個32字節(jié)的參數(shù)變量，避免了分幀引起的實(shí)時性降低。

以上這些定義都是為了節(jié)約時間開銷，最大限度保證實(shí)時性。同時為了減小簡單網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)工作量，CANopen定義了強(qiáng)制性的缺省標(biāo)識符（CAN幀ID）分配表，以減少使用者與維護(hù)者的學(xué)習(xí)時間，快速上手。

網(wǎng)絡(luò)管理（NMT）與特殊協(xié)議（Special protocols）報文ID分類

雖然CANopen的通訊發(fā)揮了CAN的特色，所有節(jié)點(diǎn)通信地位平等，運(yùn)行時允許自行發(fā)送報文，但CANopen網(wǎng)絡(luò)為了穩(wěn)定可靠可控，都需要設(shè)置一個網(wǎng)絡(luò)管理主機(jī)NMT-Master（Network Management-Master），就像一個交響樂團(tuán)的指揮家，所有節(jié)點(diǎn)的啟動、停止都是有他進(jìn)行指揮，如圖2所示。


圖2 NMT-Master就像交響樂指揮家

NMT主機(jī)一般是CANopen網(wǎng)絡(luò)中具備監(jiān)控的PLC或者PC（當(dāng)然也可以是一般的功能節(jié)點(diǎn)），所以也成為CANopen主站。相對應(yīng)的其他CANopen節(jié)點(diǎn)就是NMT從機(jī)(NMT-slaves)。

NMT主機(jī)和NMT從機(jī)之間通訊的報文就稱為NMT網(wǎng)絡(luò)管理報文。管理報文負(fù)責(zé)層管理、網(wǎng)絡(luò)管理和ID分配服務(wù)。例如，初始化、配置和網(wǎng)絡(luò)管理（其中包括節(jié)點(diǎn)保護(hù)）。網(wǎng)絡(luò)管理中，同一個網(wǎng)絡(luò)中只允許有一個主節(jié)點(diǎn)、一個或多個從節(jié)點(diǎn)，并遵循主從模式。

另外，為了協(xié)調(diào)各個節(jié)點(diǎn)的同步、心跳、時間、錯誤提示等通訊控制，CANopen還定義了一系列特殊協(xié)議（Special protocols）報文。如表 1所示，為CANopen預(yù)定義報文（Pre-defined CAN-IDs）的NMT報文和特殊協(xié)議報文。

表1 NMT與特殊協(xié)議的CAN-ID定義

Object對象

Specification規(guī)范

CAN-ID

NMT網(wǎng)絡(luò)管理命令

CiA301

000h

Global failsafe command全局故障安全命令

CiA304

001h

Flying master動態(tài)主站

CiA302-2

071h to 076h

Indicate active interface標(biāo)示活動接口

CiA302-6

07Fh

Sync同步報文

CiA301

080h

Emergency緊急報文

CiA301

081h to 0FFh（080h +node-ID）

Time stamp時間戳報文

CiA301

100h

Safety-relevant data objects安全相關(guān)數(shù)據(jù)對象

CiA301

101h to 180h

CAN-ID就是這類報文的COB-ID，其中讀者必須需要記住的是綠色底紋的這些常用的CAN-ID含義，在研發(fā)和應(yīng)用CANopen中，這三類是最為常用的NMT與特殊協(xié)議報文。

USBCAN-E-P與PCI-5010-P主站卡可為PC機(jī)拓展出CANOpen通訊接口，實(shí)現(xiàn)CANOpen協(xié)議的數(shù)據(jù)通信。作為CANOpen網(wǎng)絡(luò)的管理者，實(shí)現(xiàn)全部的CANOpen網(wǎng)絡(luò)管理（NMT）功能。

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