如何構建專(zhuān)屬自己的CAN-bus應用層協(xié)議

　　隨著(zhù)CAN-bus相關(guān)芯片價(jià)格的下降，內置CAN控制器MCU的增多，CAN-bus當前已經(jīng)進(jìn)入了眾多早期由于成本問(wèn)題無(wú)法使用的領(lǐng)域，成為極具生命力的現場(chǎng)總線(xiàn)，今天我們就來(lái)探討如何構建專(zhuān)屬自己的CAN-bus應用層協(xié)議。

　　在CAN-bus網(wǎng)絡(luò )上，CAN報文以廣播的形式發(fā)送，CAN報文不包含地址信息，是否處理接收到的CAN報文由接收點(diǎn)的軟件確定。CAN-bus只提供可靠的報文傳輸服務(wù)，CAN報文的使用由應用者定義， 所以CAN網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)要相互通信就必須制定一個(gè)統一的規則。CAN應用層協(xié)議就是這樣一個(gè)規則。

　　這個(gè)規則，定義了CAN報文中幀ID及幀數據的使用方式，如將幀ID定義為需要處理該幀數據的CAN節點(diǎn)地址等。根據應用場(chǎng)合的不同，國際上出現了多種CAN應用層協(xié)議，常見(jiàn)的CAN-bus應用層協(xié)議如下：

　　圖1

　　接下來(lái)，我們看一下如何構建CAN-bus應用層協(xié)議

　　構建一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有：

　　總線(xiàn)傳輸信息的速度、容量、優(yōu)先等級、節點(diǎn)容量等;

　　高電磁干擾環(huán)境下的可靠數據傳輸;

　　最大傳輸距離時(shí)延時(shí)大小的確定;

　　網(wǎng)絡(luò )的容錯技術(shù);

　　網(wǎng)絡(luò )的監控和故障診斷功能。

　　要解決以上問(wèn)題，需要充分考慮現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )所采用的總線(xiàn)類(lèi)型，因為以上問(wèn)題和總線(xiàn)的性能特點(diǎn)是密切相關(guān)的，那么我們就看一下CAN-bus總線(xiàn)的上述特性：

　　CAN-bus網(wǎng)絡(luò )傳輸速度最高可達1Mbps,并采用無(wú)損仲裁，通過(guò)報文標識符指示報文優(yōu)先級;

　　CAN-bus采用差分信號傳輸，并采用可靠的數據校驗和錯誤檢測機制;

　　CAN-bus采用幀傳輸，每個(gè)報文允許傳輸最多8個(gè)字節，幀結構有嚴格規定，能夠確定最大傳輸延時(shí);

　　CAN-bus具有可靠的錯誤機制和檢測機制，發(fā)送的信息遭到破壞后可以重新發(fā)送;節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)退出總線(xiàn)的功能;

　　可以通過(guò)制定嚴禁的CAN-bus應用層協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò )監控和診斷。

　　CAN報文的分配

　　包含報文標識符的分配和報文數據的分配，報文格式的定義，實(shí)質(zhì)是將CAN報文的分配規則進(jìn)行詳細的描述。

　　報文ID的定義：

　　CAN2.0A幀：11位ID

　　CAN2.0B幀，29位ID

　　報文數據的定義：每幀報文最多包含8字節數據

　　CAN網(wǎng)絡(luò )數據通信的實(shí)現

　　在CAN網(wǎng)絡(luò )中，通過(guò)報文的標識符進(jìn)行信息的區分，因此通過(guò)報文的各種標識符分配來(lái)達到建立信息鏈接的目的。

　　圖2 命令/響應模式通信

　　CAN應用層協(xié)議：面向節點(diǎn)和面向報文的協(xié)議

　　數據通信協(xié)議基本上可以劃分為“面向節點(diǎn)的協(xié)議”和“面向報文的協(xié)議”兩種類(lèi)型，如下圖：

　　圖3：面向節點(diǎn)和面向報文的數據通信

　　制定一個(gè)CAN應用層協(xié)議

　　為了給讀者演示CAN應用層協(xié)議的開(kāi)發(fā)和使用方法，下面定義一個(gè)簡(jiǎn)單的CAN應用協(xié)議棧，該協(xié)議棧中只用到CAN標準幀中的數據幀，幀ID中的11個(gè)位的分配和使用方法如下表所列，協(xié)議中另外還定義了功能參數長(cháng)度變量FunDataLen的功能參數數組FunData,該數組在需要時(shí)可以為某些特定功能函數提供足夠的控制參數。

　　圖4