幾種總線(xiàn)通信介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式

總之，當有大量的短消息需要通信應用時(shí)，LON是一個(gè)普及、低成本的總線(xiàn)系統。

3、 CAN( Controller Area Network)

德國 BOSCH公司于1991年推出，用于汽車(chē)內部測量和執行部件之間的數據通信。主要應用于離散控制領(lǐng)域中的過(guò)程監測和控制，特別是工業(yè)自動(dòng)化的低層監控，解決控制與測試之間的可靠和實(shí)時(shí)數據交換。
　　
CAN采用了ISO／OSI的3層模型：物理層、數據鏈路層和應用層。
　　
CAN支持的拓撲結構為總線(xiàn)型。傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn)、同軸電纜和光纖等。采用雙絞線(xiàn)通信時(shí)，速率為1Mbps／40m，50kbps／10km，節點(diǎn)數可達110個(gè)。
　　
CAN的通信介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)方式為帶優(yōu)先級的 CS-MA／CA。采用多主競爭式結構：網(wǎng)絡(luò )上任意節點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò )上其它節點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，即當發(fā)現總線(xiàn)空閑時(shí)，各個(gè)節點(diǎn)都有權使用網(wǎng)絡(luò )。在發(fā)生沖突時(shí)，采用非破壞性總線(xiàn)優(yōu)先仲裁技術(shù)：當幾個(gè)節點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò )發(fā)送信息時(shí)，運用逐位仲裁規則，借助幀中開(kāi)始部分的標識符，優(yōu)先級低的節點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數據，而優(yōu)先級高的節點(diǎn)可不受影響地繼續發(fā)送信息，從而有效地避免了總線(xiàn)沖突，使信息和時(shí)間均無(wú)損失。例如，規定0的優(yōu)先級高，在節點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，CAH總線(xiàn)做與運算。每個(gè)節點(diǎn)都是邊發(fā)送信息邊檢測網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)，當某一個(gè)節點(diǎn)發(fā)送1而檢測到0時(shí)，此節點(diǎn)知道有更高優(yōu)先級的信息在發(fā)送，它就停止發(fā)送信息，直到再一次檢測到網(wǎng)絡(luò )空閑。圖3-1為A、B、C、D4個(gè)節點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息，最后優(yōu)先級高的節點(diǎn)D有權發(fā)送信息，其它節點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數據?！　AN的傳輸信號采用短幀結構(有效數據最多為8個(gè)字節)，和帶優(yōu)先級的CSMA/CA的通信介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)方式，對高優(yōu)先級的通信請求來(lái)說(shuō)，在1Mbps的通信速率時(shí)，最長(cháng)的等待時(shí)間為0．15ms，完全可以滿(mǎn)足現場(chǎng)控制的實(shí)時(shí)性要求。
　　
CAN突出的差錯檢驗機理，如5種錯誤檢測、出錯標定和故障界定；CAN傳輸信號為短幀結構，因而傳輸時(shí)間短，受干擾概率低。這些保證了出錯率極低，剩余錯誤概率為報文出錯率的4．7x10-11。另外，CAN節點(diǎn)在嚴重錯誤的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能，以使總線(xiàn)上其它節點(diǎn)的操作不受其影響?？梢?jiàn)，CAN具有高可靠性。
　　
CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實(shí)現CAN總線(xiàn)通信協(xié)議部分和微控制器接口部分電路組成。通過(guò)簡(jiǎn)單的連接即可完成CAN總線(xiàn)協(xié)議的物理層和數據鏈路層的所有功能，應用層功能由微控制器完成。CAN總線(xiàn)上的節點(diǎn)既可以是基于微控制器的智能節點(diǎn)，也可以是具有CAN接口的I／O器件?！　?/P>

總之，CAN總線(xiàn)的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。CAN作為現場(chǎng)設備級的通信總線(xiàn)，同其它總線(xiàn)相比，具有很高的可靠性和性能價(jià)格比。

4、 PROFIBUS(Process Fieldbus)

1986年，德國開(kāi)始制定。它由3部分組成：Profibus-DP (Decentralized Periphery，分布式外設)，Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification，現場(chǎng)總線(xiàn)信息規范)和Profibus-PA(Process Automation，過(guò)程自動(dòng)化)。不同的部分針對不同的應用場(chǎng)合，因此和Profibus應用領(lǐng)域十分廣泛。
　　
Profibus以ISO／OSI模型為基礎，取其物理層和數據鏈路層。FMS還采用了應用層。DP和FMS使用同樣的傳輸技術(shù)和統一的總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議，因此二系統可在同一根總線(xiàn)上混合互操作。通過(guò)段鍋臺器或鏈接器，使PA系統很方便地集成到皿網(wǎng)絡(luò )。
　　
DP和FMS有兩種傳輸技術(shù)：一種是RS-485，采用屏蔽雙絞線(xiàn)，拓撲結構為總線(xiàn)型，通信速率為9．6kbps／1200m，12Mbps／100m，每段最多節點(diǎn)數為32，不支持總線(xiàn)供電和本安；另一種是采用光纖，用于電磁兼容性要求高和長(cháng)距離要求的場(chǎng)合。 PA采用IEC1158-2傳輸技術(shù)，用屏蔽雙絞線(xiàn)，拓撲結構為總線(xiàn)型或樹(shù)型，通信速率為31．25kbps/1900m，每段最多節點(diǎn)數為32，支持總線(xiàn)供電和本安。
　　
Profibus的通信介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式為分布式令牌方式(混合介質(zhì)存取)。主節點(diǎn)之間為令牌環(huán)傳遞方式，主節點(diǎn)與從節點(diǎn)之間為主從輪詢(xún)方式。當主節點(diǎn)得到令牌后，允許它在一定的時(shí)間內與從節點(diǎn)和／或其它主節點(diǎn)通信。令牌在所有主節點(diǎn)中循環(huán)一周的最長(cháng)時(shí)間TTR(設定周期)是事先預定的，決定了各主節點(diǎn)的令牌具體保持時(shí)間的長(cháng)短。主節點(diǎn)之間傳輸數據必須保證在事先定義的時(shí)間間隔內主節點(diǎn)有充足的時(shí)間完成通信任務(wù)，主節點(diǎn)與從節點(diǎn)之間的數據交換要盡可能快且簡(jiǎn)單，地完成數據的實(shí)時(shí)傳輸。按這種方式，完成周期性與非周期性的數據交換。

　
為此，profibus的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制MAC協(xié)議設置了兩類(lèi)時(shí)鐘計時(shí)器：一類(lèi)是令牌運行周期計時(shí)器，用于令牌的實(shí)際運行周期TRR計時(shí)；另一類(lèi)是持牌計時(shí)器，用于主節點(diǎn)令牌保持時(shí)間TTH計時(shí)。當令牌到達某個(gè)主節點(diǎn)時(shí)，此節點(diǎn)的周期計時(shí)器開(kāi)始計時(shí)。
　　
當令牌又一次到達此主節點(diǎn)時(shí)，MAC從把周期計時(shí)器的TRR值與設定周期值TTR的差值賦給持牌計時(shí)器，即TTH＝TTR-TRR，持牌計時(shí)器根據該值控制信息的傳送。
　　
在持牌計時(shí)器控制信息發(fā)送時(shí)，如果令牌到達超時(shí)，即TTH0，則此節點(diǎn)只可以發(fā)送一個(gè)高優(yōu)先級信息；如果令牌及時(shí)到達，則此節點(diǎn)可以連續發(fā)送多個(gè)等待發(fā)送的高優(yōu)先級信息后，直到高優(yōu)先級信息全部發(fā)送完畢，或者持牌時(shí)間超時(shí)。如果在發(fā)送完所有待發(fā)送的高優(yōu)先級信息，仍然有持牌時(shí)間，則可以用同樣的方式發(fā)送低優(yōu)先級信息。無(wú)論發(fā)送高優(yōu)先級信息，還是低高優(yōu)先級信息，都只在發(fā)送前檢測持牌時(shí)間是否超時(shí)，而不是預先檢測發(fā)送完此信息是否超時(shí)，此種檢測方法意味著(zhù)信息發(fā)送不可避免地造成持牌時(shí)間超時(shí)，影響了周期性實(shí)時(shí)通訊的實(shí)現。
　　
Profibus-DP主要用于對時(shí)間要求苛刻的分散外圍間的高速數據傳輸，解決分散I／O問(wèn)的通信，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域，具有高效低成本。Profibus-PA，隊主要用于流程工業(yè)自動(dòng)化，對安全性要求高和由總線(xiàn)供電的場(chǎng)合。Profibus-FMS主要用于解決車(chē)間級通用性的通信任務(wù)，完成控制器和智能現場(chǎng)設備之間的通信以及控制器之間的信息交換，提供了大量的通信服務(wù)(主要是針對主節點(diǎn)之間的通信)。

Profibus協(xié)議的苛刻時(shí)間部分由協(xié)議芯片實(shí)現， 熟應用廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)。Profibus的一些特點(diǎn)，又增加了自己的一些功能。主其余部分由微控制器的軟件實(shí)現，針對不同的應用，采用3種不同的傳輸技術(shù)。
　　
5、 FF(Foundation Fieldbus)

1994年ISPF和WorldFIP兩大集團聯(lián)合致力于開(kāi)發(fā)統一的現場(chǎng)總線(xiàn)。它繼承了WorldFIP和總之，Profibus 由 DP、PA、FMS 3部分組成，有針對性地適用于不同的應用場(chǎng)合，是一種功能強大、成要應用于過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。FF以ISO／OSI模型為基礎，取其物理層、數據。