CAN總線(xiàn)和基于CAN總線(xiàn)的高層協(xié)議

DeviceNet 的標識符分配方案是面向節點(diǎn)的信息標識符分配,對于DeviceNet系統,最多數量為64個(gè)的節點(diǎn),其每一個(gè)節點(diǎn)擁有一組出自于3個(gè)信息組的標識符,如表1所示。信息組1為每個(gè)設備的16個(gè)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)先權主要取決于節點(diǎn)的號碼,信息的MAC- ID可以是目標或源地址該段共計分配512個(gè)標識符。信息組3與信息組1結構相似,但提供給每個(gè)設備7個(gè)標識符優(yōu)先級比較低,這組的標識符優(yōu)先權被平均分配到網(wǎng)絡(luò )上的所有設備。信息組4只有48個(gè)標識符,不包含任何設備地址,該組信息主要用于網(wǎng)絡(luò )管理。由于采用了基本CAN類(lèi)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(gè)設備,因此選擇了根據節點(diǎn)號碼的濾波功能。即DeviceNet規定了一個(gè)預定義主從連接組,以便于觀(guān)察主-從系統配置的通訊。下面的信道功能是為了向基于預定義連接組的主從設備間的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(xún)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)于設備的配置。主機查詢(xún)改變狀態(tài)信道使得主機可以向設備請求I/O數據并把輸出數據發(fā)送到從機。借助于改變狀態(tài)循環(huán)或從機I/O(通過(guò)改變狀態(tài)循環(huán)觸發(fā)或通過(guò)應用觸發(fā)),從機將輸入數據發(fā)送到主機。通過(guò)位選通指令,主機可以從最多為64個(gè)的從機中請求接收一個(gè)輸入數據。由于所有的這些信息都是被響應的,所以對這些不同的功能性分配了8個(gè)信息標識符。如果請求獲取數據的位選通沒(méi)有使用一高效的標識符,則通過(guò)目的地址場(chǎng)在從機上對信息進(jìn)行濾波。
CANopen 系統的標識符分配使用在CAL子集,其中CMS(CAN-based Message Specification)將信息標識符定義了8個(gè)優(yōu)先級,每個(gè)級別擁有220個(gè)ID,范圍從1～1760,剩余的標志(0,1761～2031)保留給NMT(Network MessagemenT)。在CANopen的系統中,可能訪(fǎng)問(wèn)的節點(diǎn)為128個(gè),所以保留128個(gè)信息標識符作為節點(diǎn)保護。
在最小系統配置中,CANopen規定了一個(gè)面向設備的標識符分配方案,這種方法可以供127臺設備默認連接到一臺主設備上(如圖1所示)。通過(guò)4位的功能代碼可以區分某些情況的16種基本功能,這些情況分別是:2個(gè)數據過(guò)程信道的接收和發(fā)送、一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)信道、節點(diǎn)狀態(tài)控制、節點(diǎn)保護、緊急情況通報以及接收同步信息和有時(shí)間標記的信息。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識符的最高幾位。

圖2 CANopen最小系統標識符分配方案

2.2 交換過(guò)程數據
在一分布式自動(dòng)化系統的設備之間發(fā)送過(guò)程數據是CAN 通訊系統的目的,它應以最高效率的方式完成。因此,對于應用規定的數據(過(guò)程數據、I/O數據)其傳送應該根據產(chǎn)生者使用者的模型來(lái)執行,其意思就是說(shuō), 通過(guò)相關(guān)的信息ID推斷所發(fā)送的數據。信息的產(chǎn)生者和使用者在這種情況下被假設擁有使用數據的知識或明白發(fā)送數據的含義。
在CAN基本協(xié)議中,各個(gè)節點(diǎn)采用規定的模式交換數據。CAN的數據流由數據幀、遠程幀、錯誤幀和超載幀4種不同的幀類(lèi)型所表示和控制。數據幀攜帶數據從發(fā)送器至接收器。遠程幀由總線(xiàn)單元發(fā)出,請求發(fā)送具有同一識別符的數據幀。任何單元檢測到一總線(xiàn)錯誤就發(fā)出錯誤幀。超載幀用以在先行的和后續的數據幀(或遠程幀)之間提供一附加的延時(shí)。
但是,DeviceNet和CANopen在過(guò)程數據交換采用不同的解決方案。DeviceNet過(guò)程數據通過(guò)“I/O信息”傳送,CANopen過(guò)程數據通過(guò)“過(guò)程數據對象”(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)和應用對象觸發(fā)。通過(guò)循環(huán)觸發(fā)的模式當指定信息的傳送觸發(fā)定時(shí)器終止時(shí),信息的發(fā)送就會(huì )被啟動(dòng)。通過(guò)狀態(tài)改變的模式當檢測到應用對象狀態(tài)改變時(shí),信息發(fā)送就會(huì )開(kāi)始,當一特定間隔時(shí)間結束而沒(méi)有發(fā)送信息,信息也會(huì )被發(fā)送。通過(guò)應用對象觸發(fā)模式,應用對象可以決定何時(shí)觸發(fā)信息的發(fā)送,當一特定間隔時(shí)間結束而沒(méi)有發(fā)送信息時(shí)信息也會(huì )被發(fā)送。
CANopen的觸發(fā)模式劃分為事件、應用請求或預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)或應用指定的事件(異步 PDO)中產(chǎn)生。PDO的發(fā)送也可以通過(guò)接收一遠程請求信息而被觸發(fā)。“同步PDO” 是通過(guò)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(gè)網(wǎng)絡(luò )中數據獲得的同步以及輸出數據濾波的同步。傳輸實(shí)時(shí)數據時(shí),數據從一個(gè)生產(chǎn)者傳到一個(gè)或多個(gè)消費者,傳送限制在1到8個(gè)字節,即一個(gè)PDO可以傳輸最多64個(gè)數字I/O值或者4個(gè)16位的AD值。
數據交換過(guò)程中,網(wǎng)絡(luò )設備會(huì )產(chǎn)生或者消耗一個(gè)以上的映射應用對象。DeviceNet和CANopen為靈活地將應用數據映射到通訊對象而提供了非常完善的方法。