Profibus和CAN現場(chǎng)總線(xiàn)的幀轉換

CAN幀里的數據域的長(cháng)度最大只有8個(gè)字節。而且在我們給定的高層協(xié)議HiLon B中，又在數據域里拿了兩個(gè)字節作為目的地址和幀索引了，這樣就只剩下6個(gè)字節給我們傳輸數據。在最長(cháng)的Profibus數據幀中，有246個(gè)數據字節。那么容納這個(gè)長(cháng)幀的數據就需要246/6＝41個(gè)CAN幀。剛才我們在CAN的幀里采用一個(gè)字節作為幀的索引字節。

我們在進(jìn)行幀轉化時(shí)，把Profibus的幀拆分成每部分6字節后，加上目的地址和幀索引，就可以成為CAN幀中的內容了。目的節點(diǎn)收齊這些幀之后再把它們連接還原，就得到了要傳送給它的信息。

反向傳輸時(shí)，我們所要做的只是順序完全相反的事情。

4.3 幀的控制信息的轉換

Profibus數據幀中的其他控制信息還有 SD2 （68H），LE（數據長(cháng)度），FC（幀控制八位組），FCS（幀檢查序列），ED（16H），這些信息都是根據幀本身的數據計算出來(lái)的，用于接收方對數據的識別。所以在協(xié)議轉換器正確的接收了幀之后，這些信息也就不需要了。接下來(lái)的工作就是把收到的信息編人CAN的幀，加上CAN的控制信息，計算出CRC序列，和在一起組成CAN的幀發(fā)到CAN節點(diǎn)上去；反過(guò)來(lái)，當協(xié)議轉換器要把CAN的幀轉換成Profibus的幀時(shí)，也是在正確地接收CAN的幀之后，只提取其數據內容，然后按照Profibus的協(xié)議生成一幅Profibus幀。

5、差錯控制

每種現場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議幀都有它自己的錯誤檢測方式。我們在協(xié)議轉換的兩側，要按照它們各自的方法去檢測錯誤。我們的協(xié)議轉換器如果檢測到一個(gè)錯誤，應當攔截這個(gè)錯誤。

5.1 Profibus的錯誤檢測及控制

如前所述，Profibus幀中用的是UART字符。第10位是奇偶校驗位。檢測到任何一個(gè)字符的奇偶校驗出錯，我們就知道該字符有錯誤了。

Profibus的數據幀中有一個(gè)FCS位，是通過(guò)計算DA，SA，FC 和DATA UNIT的算術(shù)和獲得的一個(gè)檢驗八位組。這個(gè)八位組可供 我們在接收到一個(gè)幀時(shí)來(lái)檢驗數據的正確性。

另外，還有些能明顯被發(fā)現的錯誤：如超時(shí)運行、有缺陷的開(kāi)始定界符和結束定界符、無(wú)效的幀長(cháng)度、相應次數等。協(xié)議轉化器在Profibus總線(xiàn)一側，就是作為一個(gè)Profibus的節點(diǎn)在運行。當它不正確地接收到一個(gè)主動(dòng)幀時(shí)，將不處理、應答或回答。在此時(shí)隙 時(shí)間期滿(mǎn)后，發(fā)起方將再重試此請求。僅在接收到一個(gè)有效回答或重試（多次）不成功后，發(fā)起方才算完成了此請求。同理，如果協(xié)議轉換器發(fā)送主動(dòng)幀后沒(méi)有正確的收到一個(gè)應答幀，那么它也會(huì )不停的重試，直到一定次數，才會(huì )把對方標記為不運行。

5.2 CAN的錯誤檢測及控制

5.2.1 錯誤類(lèi)型

CAN協(xié)議列出了以下5種不同的錯誤類(lèi)型。協(xié)議轉換器必須捕捉并處理這些錯誤。

（1）位錯誤

站單元在發(fā)送位的同時(shí)也對總線(xiàn)進(jìn)行監視。如果所發(fā)送的位值與所監視的位值不相符合，則在此位時(shí)間里檢測到一個(gè)位錯誤（BIT ERROR）。

（2）填充錯誤

如果在使用位填充法進(jìn)行編碼的信息中，出現了第6個(gè)連續相同的位電平時(shí)，將檢測到一個(gè)填充錯誤。

（3）CRC錯誤

CRC序列包括發(fā)送器的CRC計算結果。接收器計算CRC的方法與發(fā)送器相同。如果計算結果與接收到CRC序列的結果不相符，則檢測到一個(gè)CRC錯誤（CRC ERROR）。

（4）形式錯誤

當一個(gè)固定形式的位域含有1個(gè)或多個(gè)非法位，則檢測到一個(gè)“形式錯誤”（FORM ERROR）。

（5）應答錯誤

只要在A(yíng)CK間隙（ACK SLOT）期間所監視的位不為“顯性”，則發(fā)送器會(huì )檢測到一個(gè)“應答錯誤”（ACKNOWLEDGMENT ERROR）。

5.2.2 故障界定狀態(tài)

CAN定義了一個(gè)故障界定狀態(tài)機制。一個(gè)節點(diǎn)可能處于下列三種錯誤狀態(tài)中。

（1）錯誤主動(dòng)當一個(gè)錯誤主動(dòng)結點(diǎn)檢測到上述某個(gè)錯誤時(shí)，它將發(fā)送一個(gè)錯誤主動(dòng)幀，該幀由6個(gè)連續的顯性位組成。這已發(fā)送覆蓋其他任何同時(shí)發(fā)送的幀，并導致其他節點(diǎn)都檢測到一個(gè)填充錯誤，并依次放棄當前幀。

（2）錯誤被動(dòng)當一個(gè)錯誤被動(dòng)節點(diǎn)檢測到上述的某一個(gè)錯誤時(shí)，它將發(fā)出一個(gè)錯誤被動(dòng)幀。該幀由6個(gè)連續的隱性位組成。這個(gè)幀會(huì )被同時(shí)出現的其他發(fā)送所覆蓋，如果其他站點(diǎn)沒(méi)有檢測到這一錯誤，不會(huì )丟棄當前幀。

（3）離線(xiàn)

5.2.3 錯誤處理過(guò)程

為進(jìn)行故障界定，我們的協(xié)議轉換器也應當設兩種計數器：發(fā)送錯誤計數器和接受錯誤計數器。然后，我們就可以把它作為一個(gè)普通的CAN接點(diǎn)參與到CAN網(wǎng)絡(luò )的運行，故障的處理方法也是一樣的。

（1）初始化錯誤計，數器的值等于0，節點(diǎn)開(kāi)始錯誤主動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)假設檢測到的所有錯誤都不是由該節點(diǎn)引起的。

（2）根據檢測到的錯誤類(lèi)型使相應的計數器的值累加，有效的發(fā)送或接收又使這些計數器遞減，直至0。

（3）當這些計數器中的任何一個(gè)超出CAN定義的閾值時(shí)，該節點(diǎn)進(jìn)人錯誤被動(dòng)狀態(tài)。該節點(diǎn)被認為是導致錯誤的原因。

（4）當錯誤被動(dòng)節點(diǎn)的發(fā)送及接收錯誤計數器值都減小到CAN定義的閾值以下時(shí)，節點(diǎn)重新進(jìn)人錯誤主動(dòng)狀態(tài)。

（5）當發(fā)送錯誤計數值超過(guò)CAN定義的另一個(gè)閾值時(shí)，該節點(diǎn)進(jìn)人離線(xiàn)狀態(tài)。從離線(xiàn)狀態(tài)再進(jìn)人錯誤主動(dòng)狀態(tài)就需要人的干預了。

以上所述，是我們研究的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議轉換器在兩邊各自的現場(chǎng)總線(xiàn)范圍內的錯誤控制和處理方法。一定要先解決各自的錯誤，才能再進(jìn)行幀的轉換。

從Pfofibus的幀轉換到CAN的幀時(shí)，就是在通過(guò)校驗確認幀的內容無(wú)誤后，才進(jìn)行地址和內容的轉換，然后還要計算出該幀的CRC序列，供CAN段通訊用。反過(guò)來(lái)也是一樣。

6、結語(yǔ)

本文分析了Profibus和CAN的幀的特點(diǎn)，構思了在這兩種總線(xiàn)之間實(shí)現幀轉換的方法。但單純的幀轉換沒(méi)有意義，幀轉換只是現場(chǎng)總線(xiàn)的協(xié)議轉換中的一環(huán)。要實(shí)現幾種現場(chǎng)總線(xiàn)的協(xié)作，還有其他很多工作要做。

國際電工委員會(huì )IEC在1984年就開(kāi)始籌備制定單一現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準。然而，由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因，加上各公司和企業(yè)集團受自身利益的驅使，圍繞著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的標準進(jìn)行了一場(chǎng)大戰，最后經(jīng)過(guò)多方妥協(xié)，于1999年年底通過(guò)了包含FF，Profibus等八種總線(xiàn)在內的IEC61158，沒(méi)有實(shí)現制定單一標準的目標。這個(gè)結局表明，在今后相當長(cháng)一段時(shí)間內多種現場(chǎng)，總線(xiàn)將并存，控制網(wǎng)絡(luò )的系統集成與信息集成會(huì )面臨困難的復雜局面。無(wú)論是最終用戶(hù)還是制造商，普遍都在關(guān)注現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展新動(dòng)向，都在尋求高性能低成本的解決方案。