CAN总线和基于CAN总线的高层协议

DeviceNet 的标识符分配方案是面向节点的信息标识符分配,对于DeviceNet系统,最多数量为64个的节点,其每一个节点拥有一组出自于3个信息组的标识符,如表1所示。信息组1为每个设备的16个信息提供一高优先信息组,报文ID较小的总是优先发送;信息组2的信息优先权主要取决于节点的号码,信息的MAC- ID可以是目标或源地址该段共计分配512个标识符。信息组3与信息组1结构相似,但提供给每个设备7个标识符优先级比较低,这组的标识符优先权被平均分配到网络上的所有设备。信息组4只有48个标识符,不包含任何设备地址,该组信息主要用于网络管理。由于采用了基本CAN类型的控制器,信息滤波的潜能受到限制,信息组2以这种受到限制的潜能去支持多个设备,因此选择了根据节点号码的滤波功能。即DeviceNet规定了一个预定义主从连接组,以便于观察主-从系统配置的通讯。下面的信道功能是为了向基于预定义连接组的主从设备间的I/O与显式信息的交换提供支持:
l 显式信息信道。
l 主机查询改变信道的状态循环。
l 从机I/O改变信道的状态循环。
显式信息主要服务于设备的配置。主机查询改变状态信道使得主机可以向设备请求I/O数据并把输出数据发送到从机。借助于改变状态循环或从机I/O(通过改变状态循环触发或通过应用触发),从机将输入数据发送到主机。通过位选通指令,主机可以从最多为64个的从机中请求接收一个输入数据。由于所有的这些信息都是被响应的,所以对这些不同的功能性分配了8个信息标识符。如果请求获取数据的位选通没有使用一高效的标识符,则通过目的地址场在从机上对信息进行滤波。
CANopen 系统的标识符分配使用在CAL子集,其中CMS(CAN-based Message Specification)将信息标识符定义了8个优先级,每个级别拥有220个ID,范围从1～1760,剩余的标志(0,1761～2031)保留给NMT(Network MessagemenT)。在CANopen的系统中,可能访问的节点为128个,所以保留128个信息标识符作为节点保护。
在最小系统配置中,CANopen规定了一个面向设备的标识符分配方案,这种方法可以供127台设备默认连接到一台主设备上(如图1所示)。通过4位的功能代码可以区分某些情况的16种基本功能,这些情况分别是:2个数据过程信道的接收和发送、一个点对点信道、节点状态控制、节点保护、紧急情况通报以及接收同步信息和有时间标记的信息。由于信息的优先级由它的功能决定,所以功能代码位于信息标识符的最高几位。

图2 CANopen最小系统标识符分配方案

2.2 交换过程数据
在一分布式自动化系统的设备之间发送过程数据是CAN 通讯系统的目的,它应以最高效率的方式完成。因此,对于应用规定的数据(过程数据、I/O数据)其传送应该根据产生者使用者的模型来执行,其意思就是说, 通过相关的信息ID推断所发送的数据。信息的产生者和使用者在这种情况下被假设拥有使用数据的知识或明白发送数据的含义。
在CAN基本协议中,各个节点采用规定的模式交换数据。CAN的数据流由数据帧、远程帧、错误帧和超载帧4种不同的帧类型所表示和控制。数据帧携带数据从发送器至接收器。远程帧由总线单元发出,请求发送具有同一识别符的数据帧。任何单元检测到一总线错误就发出错误帧。超载帧用以在先行的和后续的数据帧(或远程帧)之间提供一附加的延时。
但是,DeviceNet和CANopen在过程数据交换采用不同的解决方案。DeviceNet过程数据通过“I/O信息”传送,CANopen过程数据通过“过程数据对象”(PDOs Process Data Object)传送。
DeviceNet 支持下列的触发模式:循环、改变状态和应用对象触发。通过循环触发的模式当指定信息的传送触发定时器终止时,信息的发送就会被启动。通过状态改变的模式当检测到应用对象状态改变时,信息发送就会开始,当一特定间隔时间结束而没有发送信息,信息也会被发送。通过应用对象触发模式,应用对象可以决定何时触发信息的发送,当一特定间隔时间结束而没有发送信息时信息也会被发送。
CANopen的触发模式划分为事件、应用请求或预定义同步信息接收后的触发模式。事件触发可以在子协议(Profile)或应用指定的事件(异步 PDO)中产生。PDO的发送也可以通过接收一远程请求信息而被触发。“同步PDO” 是通过接收同步信息的一指定号码而被循环触发的。同步信息也可以被用作为整个网络中数据获得的同步以及输出数据滤波的同步。传输实时数据时,数据从一个生产者传到一个或多个消费者,传送限制在1到8个字节,即一个PDO可以传输最多64个数字I/O值或者4个16位的AD值。
数据交换过程中,网络设备会产生或者消耗一个以上的映射应用对象。DeviceNet和CANopen为灵活地将应用数据映射到通讯对象而提供了非常完善的方法。