CAN总线和基于CAN总线的高层协议

1 引言
从1982年2月 RobertBosch公司在SAE(汽车工程协会)大会上宣布CAN控制器局部网的那一刻开始, CAN已经走过20多年的历史。1992年,Mercedes(奔驰)在他们的高级客车中使用CAN技术,相继Volvo、Volkswagen、BMW 等几十家公司都在各自的汽车上应用CAN技术。今天,在欧洲几乎每一辆新客车均装有CAN控制器局部网。CAN技术近年在我国发展也比较迅猛,国内的高级客车也都开始应用CAN技术。
CAN的协议在应用过程中,用户层直接访问数据链接层,每个厂商提供的数据调用方式各不相同,而CAN的标准没有规定应用层的相关信息,因此,CAN设备的兼容性和互换性不是很规范。而且,随着应用领域的扩展,CAN协议在实际工业控制应用过程中,即使执行一些简单的分布式网络,除了标准中的物理层和数据链接层外,客户还要求有更多的功能,如发送长于8字节的数据块、响应和确定数据传送、标识符分配、网络节点的状态等。如果这些功能正确执行,通信和应用过程的界线就十分清晰,将明显提高各个厂商之间的设备互换性和兼容性。鉴于这些原因,产生了一些针对不同的目的和要求的基于CAN协议的较高层协议标准。下面就对CAN 协议及其较高层协议DeviceNet和CANopen进行一些比较。

2 三种协议的比较项目
CAN(Controller Area Network)1993年形成了CAN总线国际标准,2003年又进行了修订,是BOSCH公司为改进汽车内部电器线路开发的一种总线。CAN协议的实现简单,成本低,可靠性高,抗干扰能力强。
DeviceNet在美国市场占有率比较高,它是由美国Rockwell公司在CAN的基础上推出的一种低成本的通信链接,它使用抽象的对象模型,其协议和规范都是开放的,用户将设备连接到系统时无需购买硬件、软件和许可权。
CANopen 是由CiA(CAN in Aoutmation)成员编制,主要盛行于欧洲,它在通讯和系统服务以及网络管理方面使用了CAL(CAN Application Layer)子集,设备建模是借助于对象目录而基于设备功能性的描述,标准设备以设备子协议的形式规定。CANopen标准由CiA同行机构集团支持,设备子协议由CiA中专门的同行机构制定。
本文就以下项目对三种协议进行比较。
(1) 信息标识符的分配;
(2) 数据交换的方法;
(3) 建立信息连接的方法;
(4) 网络管理;
(5) 设备建模和子协议。
2.1 信息标识符的分配
由于CAN采用非破坏性的仲裁方法,因此,标识符决定了块信息传送的优先权和信息等待时间,信息标识符的分配的方法被认为是 CAN系统的主要结构元素,它同时也影响了信息滤波和标识符的使用效率问题。
由于标识符分配的方法不同,不同的协议在解决方案已把不同的原则考虑进去。CAN基本协议和DeviceNet的标识符采用预定义的方式,不同的是在 CAN 协议中节点标识符在设计时被确定后就不能动态更改,而DeviceNet每个节点预定义多个标识符,不同的功能标识符优先级不同。在CANopen协议中,除了预定义了一些用于管理的标识符外,其它标识符统一组成一个通用的标识符库,用户可根据设备的需要进行手动或者自动分配所有的设备标识符。这样的分配方案用户就可以完全自由决定标识符的使用及系统实时通讯的过程。

表1 DeviceNet关于CAN标识符的使用分配