CAN總線(xiàn)和基于CAN總線(xiàn)的高層協(xié)議

1 引言
從1982年2月 RobertBosch公司在SAE(汽車(chē)工程協(xié)會(huì ))大會(huì )上宣布CAN控制器局部網(wǎng)的那一刻開(kāi)始, CAN已經(jīng)走過(guò)20多年的歷史。1992年,Mercedes(奔馳)在他們的高級客車(chē)中使用CAN技術(shù),相繼Volvo、Volkswagen、BMW 等幾十家公司都在各自的汽車(chē)上應用CAN技術(shù)。今天,在歐洲幾乎每一輛新客車(chē)均裝有CAN控制器局部網(wǎng)。CAN技術(shù)近年在我國發(fā)展也比較迅猛,國內的高級客車(chē)也都開(kāi)始應用CAN技術(shù)。
CAN的協(xié)議在應用過(guò)程中,用戶(hù)層直接訪(fǎng)問(wèn)數據鏈接層,每個(gè)廠(chǎng)商提供的數據調用方式各不相同,而CAN的標準沒(méi)有規定應用層的相關(guān)信息,因此,CAN設備的兼容性和互換性不是很規范。而且,隨著(zhù)應用領(lǐng)域的擴展,CAN協(xié)議在實(shí)際工業(yè)控制應用過(guò)程中,即使執行一些簡(jiǎn)單的分布式網(wǎng)絡(luò ),除了標準中的物理層和數據鏈接層外,客戶(hù)還要求有更多的功能,如發(fā)送長(cháng)于8字節的數據塊、響應和確定數據傳送、標識符分配、網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的狀態(tài)等。如果這些功能正確執行,通信和應用過(guò)程的界線(xiàn)就十分清晰,將明顯提高各個(gè)廠(chǎng)商之間的設備互換性和兼容性。鑒于這些原因,產(chǎn)生了一些針對不同的目的和要求的基于CAN協(xié)議的較高層協(xié)議標準。下面就對CAN 協(xié)議及其較高層協(xié)議DeviceNet和CANopen進(jìn)行一些比較。

2 三種協(xié)議的比較項目
CAN(Controller Area Network)1993年形成了CAN總線(xiàn)國際標準,2003年又進(jìn)行了修訂,是BOSCH公司為改進(jìn)汽車(chē)內部電器線(xiàn)路開(kāi)發(fā)的一種總線(xiàn)。CAN協(xié)議的實(shí)現簡(jiǎn)單,成本低,可靠性高,抗干擾能力強。
DeviceNet在美國市場(chǎng)占有率比較高,它是由美國Rockwell公司在CAN的基礎上推出的一種低成本的通信鏈接,它使用抽象的對象模型,其協(xié)議和規范都是開(kāi)放的,用戶(hù)將設備連接到系統時(shí)無(wú)需購買(mǎi)硬件、軟件和許可權。
CANopen 是由CiA(CAN in Aoutmation)成員編制,主要盛行于歐洲,它在通訊和系統服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò )管理方面使用了CAL(CAN Application Layer)子集,設備建模是借助于對象目錄而基于設備功能性的描述,標準設備以設備子協(xié)議的形式規定。CANopen標準由CiA同行機構集團支持,設備子協(xié)議由CiA中專(zhuān)門(mén)的同行機構制定。
本文就以下項目對三種協(xié)議進(jìn)行比較。
(1) 信息標識符的分配;
(2) 數據交換的方法;
(3) 建立信息連接的方法;
(4) 網(wǎng)絡(luò )管理;
(5) 設備建模和子協(xié)議。
2.1 信息標識符的分配
由于CAN采用非破壞性的仲裁方法,因此,標識符決定了塊信息傳送的優(yōu)先權和信息等待時(shí)間,信息標識符的分配的方法被認為是 CAN系統的主要結構元素,它同時(shí)也影響了信息濾波和標識符的使用效率問(wèn)題。
由于標識符分配的方法不同,不同的協(xié)議在解決方案已把不同的原則考慮進(jìn)去。CAN基本協(xié)議和DeviceNet的標識符采用預定義的方式,不同的是在 CAN 協(xié)議中節點(diǎn)標識符在設計時(shí)被確定后就不能動(dòng)態(tài)更改,而DeviceNet每個(gè)節點(diǎn)預定義多個(gè)標識符,不同的功能標識符優(yōu)先級不同。在CANopen協(xié)議中,除了預定義了一些用于管理的標識符外,其它標識符統一組成一個(gè)通用的標識符庫,用戶(hù)可根據設備的需要進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)分配所有的設備標識符。這樣的分配方案用戶(hù)就可以完全自由決定標識符的使用及系統實(shí)時(shí)通訊的過(guò)程。

表1 DeviceNet關(guān)于CAN標識符的使用分配