CAN現(xiàn)場總線介紹

1、內容介紹內容介紹CAN總線概述總線概述1CAN總線數(shù)據鏈路層總線數(shù)據鏈路層2CAN總線物理層總線物理層3CAN總線應用層協(xié)議總線應用層協(xié)議4CAN總線概述返回目錄返回目錄CAN總線概述總線概述nCAN（Controller Area Network：控制器局域網）是二十世紀八十年代初德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數(shù)據交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。n是交通運載工具電氣系統(tǒng)中應用較廣的總線。n現(xiàn)在向過程工業(yè)，機械工業(yè)，機器人，數(shù)控機床，傳感器等方面發(fā)展。n1993 年11 月， ISO 正式頒布CAN 為國際標準ISO11898。n支持CAN協(xié)議的公司有Inte

2、l 、Motorola 、Philips 、Siemens、NEC、Honeywell等公司。與其它現(xiàn)場總線比較與其它現(xiàn)場總線比較CAN總線特點總線特點n通信方式靈活。n通訊距離最大10KM（5Kbps）；通信速度最高達1Mbps(40M)。n非破壞性仲裁,節(jié)省了總線沖突仲裁時間。n短幀結構，出錯嚴重時可自動關閉節(jié)點。n芯片制造商支持。CAN的發(fā)展歷史的發(fā)展歷史n1981年Bosch和Intel公司共同開發(fā)了CAN協(xié)議n1991年Bosch公司正式頒布CAN技術規(guī)范（2.0版） 包括2.0A和2.0Bn兩部分：n 2.0A規(guī)范了11位標準幀的各項定義n 2.0B規(guī)范了29位擴展幀的各項定義n1

3、991年，Mercedes發(fā)布第一款帶CAN總線的轎車：Sclassn1993年，ISO正式頒布了道路交通運輸工具數(shù)據信息交換高速通信控制器局域網（CAN）的國際標準ISO11898n2003年，Maybach發(fā)布帶76個ECU的新車型（CAN，LIN，MOST）n2003年，VW發(fā)布帶35個ECU的新型Golfnn未來，CAN總線將部分被FlexRay所取代，但CAN總線將仍會被持續(xù)應用相當長的時間。CAN工作原理工作原理n在CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)據報文不包含發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點的信息n每個報文的內容通過標識符識別，標識符在網絡中是唯一的u標識符描述了數(shù)據的含義u某些特定的應用對標識符功能分配進

4、行了標準化n報文可以被所有節(jié)點同時接收n可以進行相關性報文過濾，如果相關,就進行報文處理基本概念基本概念n 多主站結構n節(jié)點數(shù)量不受協(xié)議限制n 無節(jié)點地址，由消息標識符指定消息內容與優(yōu)先級n節(jié)點容易連接或斷開n廣播/多點傳播能力基本概念（續(xù)）基本概念（續(xù)）n復雜的錯誤監(jiān)測與處理n便于同步的NRZ編碼方式與位填充n每條消息最多可帶8字節(jié)數(shù)據n最高傳輸速率1Mbpsn通過CSMA/CD方式進行總線訪問標識符標識符n標識符是唯一的，它描述了數(shù)據的特定含義，也決定了報文的優(yōu)先級：標識符數(shù)值越小，優(yōu)先級越高n最高優(yōu)先級的報文獲得總線訪問權n低優(yōu)先級報文在下一個總線周期自動重發(fā)。NRZ編碼編碼n采用不歸零

5、位編碼（帶位填充） 數(shù)據以雙線間差分電壓表示NRZ編碼確保報文緊湊，脈沖跳變最少，對外界擾動的抵抗能力強 位填充位填充n位編碼和位填充 NRZ編碼不能保證足夠的跳變延用于同步n位填充是為了保證有足夠的隱性到顯性的跳變沿 填充位出現(xiàn)在5個連續(xù)的相同極性的位之后 填充位與其前面的位極性相反隱性和顯性位隱性和顯性位“線與線與”機制機制總線長度和波特率總線長度和波特率O.S.I.參考模型參考模型O.S.I.參考模型（續(xù)）參考模型（續(xù)）nCAN規(guī)范定義了數(shù)據物理層和數(shù)據鏈路層nCAN在汽車和工業(yè)自動化領域應用非常廣泛CAN總線數(shù)據鏈路層返回目錄返回目錄介質訪問控制介質訪問控制nCAN使用載波偵聽和帶沖突

6、檢測協(xié)議的多路訪問（CSMA/CD）n與以太網不同當多個數(shù)據幀同時在網絡上傳輸時采用非破壞 性位序列仲裁，最高優(yōu)先級的報文獲得總線訪問權位序列仲裁位序列仲裁nCAN報文的優(yōu)先級由標識符值決定n報文的標識符的數(shù)值在系統(tǒng)設計的初始階段分配 不同節(jié)點不允許發(fā)送相同ID報文（遠程幀除外）n標識符數(shù)值越小，優(yōu)先級越高?？偩€沖突通過非破壞性位序列仲裁解決。位仲裁采用“線與”機制，顯性位（0）覆蓋隱性位（1）非破壞性總線仲裁非破壞性總線仲裁幀格式幀格式概述概述現(xiàn)有的幀格式幀格式幀格式 數(shù)據幀數(shù)據幀CRCnCRC場為16位，其中15位CRC碼用于錯誤檢測，1個隱性位用作分隔符nG(x) = x15 + x14

7、 + x10 + x8 + x7 + x4 + x3 + 1應答場應答場n任何正確收到報文的CAN控制器都會在報文結束時發(fā)送應答位u發(fā)送者在ack slot發(fā)送隱性位u任何接受者在ack slot發(fā)送顯性位n發(fā)送方檢測是否存在應答位，如果沒有將會重發(fā)報文幀結束（幀結束（7個隱性位）個隱性位）幀格式幀格式 遠程幀遠程幀幀格式幀格式 遠程幀（續(xù)）遠程幀（續(xù)）n遠程幀的使用示意幀格式幀格式 錯誤幀錯誤幀n激活錯誤幀：用于錯誤的信號傳輸幀格式幀格式 過載幀過載幀n過載幀用于延遲下CAN消息幀格式幀格式 幀間空間幀間空間n幀間空間：作為任何消息幀與下一個數(shù)據幀或遠程幀的分隔。錯誤檢測錯誤檢測 概述概述n

8、可檢測的錯誤錯誤檢測錯誤檢測 循環(huán)冗余碼校驗（循環(huán)冗余碼校驗（CRC）n計算出的校驗值與接收到的校驗值必須一致錯誤檢測錯誤檢測 循環(huán)冗余碼校驗（循環(huán)冗余碼校驗（CRC）（續(xù)）（續(xù)）n否則消息幀沒有被正確接收（CRC Error）錯誤檢測錯誤檢測 應答應答n一個幀必須被一個或幾個節(jié)點應答，否則會出現(xiàn)應答錯誤錯誤檢測錯誤檢測 幀檢測幀檢測n在CRC分隔符、ACK分隔符、幀結束、幀間隔中不允許出現(xiàn)顯性位否則出現(xiàn)形式錯誤（Form Error）。錯誤檢測錯誤檢測 位監(jiān)測位監(jiān)測n所發(fā)送的位必須從總線上正確回讀n在仲裁域和應答間隙，隱性位可以被顯性位重寫錯誤檢測錯誤檢測 位填充檢查位填充檢查n在幀起始位與

9、CRC分隔符之間不允許存在6個連續(xù)的相同極性的位出現(xiàn)。錯誤處理錯誤處理錯誤處理（續(xù)）錯誤處理（續(xù)）錯誤計數(shù)器錯誤計數(shù)器n1、在接收過程中發(fā)現(xiàn)一個錯誤，接收錯誤計數(shù)器加1n例外：在錯誤幀F(xiàn)lag或過載幀F(xiàn)lag發(fā)送過程中的位錯誤不計數(shù)n2、當接收節(jié)點發(fā)現(xiàn)錯誤幀F(xiàn)lag之后的第一個位為顯性位，接收錯誤計數(shù)器加8n3、當一個發(fā)送節(jié)點發(fā)送一個錯誤幀，發(fā)送錯誤計數(shù)器加8n 例外1：如果發(fā)送節(jié)點為被動錯誤狀態(tài)，則當作沒有檢測到顯性應答或發(fā)送錯誤幀時沒有檢測到顯性位n 例外2：如果發(fā)送節(jié)點發(fā)送錯誤幀是由于在仲裁過程中發(fā)生了位填充錯誤（這個填充位在RTR位之前，應該為隱性。這個填充位的確是被當作隱性發(fā)送出去的

10、，但是通過對總線的檢測發(fā)現(xiàn)是顯性）n4、如果發(fā)送節(jié)點在發(fā)送主動錯誤Flag或過載Flag的過程中發(fā)現(xiàn)一個位錯誤發(fā)送錯誤計數(shù)器加8n5、如果接收節(jié)點在接收主動錯誤Flag或過載Flag的過程中發(fā)現(xiàn)一個位錯誤，接收錯誤計數(shù)器加8錯誤計數(shù)器（續(xù)）錯誤計數(shù)器（續(xù)）n6、任何節(jié)點在發(fā)送主動錯誤Flag，被動錯誤Flag或過載Flag之后最多能夠容忍7個連續(xù)的顯性位。如果出現(xiàn)了第8個顯性位，則發(fā)送節(jié)點的發(fā)送錯誤計數(shù)器加8，接收節(jié)點的接收錯誤計數(shù)器加8：n7、當成功發(fā)送一個報文，發(fā)送錯誤計數(shù)器減1n8、當成功接收一個報文接收錯誤計數(shù)器減1（如果接收錯誤計數(shù)器在1到127之間）。如果接收錯誤計數(shù)器大于127，

11、則接收錯誤計數(shù)器被置為119到127之間的一個值。n9、當節(jié)點進入Bus off狀態(tài)時，如果總線上出現(xiàn)128個連續(xù)的11位隱性位，發(fā)送錯誤計數(shù)器和接收錯誤計數(shù)器被清零。CAN協(xié)議版本協(xié)議版本n具有兩個適用的CAN協(xié)議版本lV2.0A（標準）11位消息ID最多2048種消息ID號lV2.0B（擴展）29位消息ID超過536x106種消息ID號CAN協(xié)議版本協(xié)議版本CAN協(xié)議版本（續(xù)）協(xié)議版本（續(xù)）n可用的CAN模塊有三種不同類型（均可處理11位ID）：l2.0A 將29位ID視為錯誤l2.0B 被動 忽略29位ID的消息n2.0B 主動 可處理11位與29位兩種ID的消息。CAN協(xié)議版本（續(xù)）協(xié)

12、議版本（續(xù)）當多個版本的協(xié)議混合使用時，必須千萬小心！CAN總線物理層返回目錄返回目錄CAN總線的同步機制總線的同步機制n硬同步（SOF）n重同步位構建位構建n每個位時間分為4個時間段，包括825個時間份額（Time Quantum）。n時間份額來源于對晶振頻率可編程的分頻。nCAN波特率可通過編程設置合適的時間份額長度與數(shù)量來確定。同步段（同步段（Synchronization Segment）n一位的輸出從同步段的開頭啟動（對于發(fā)送節(jié)點）n如果總線狀態(tài)要被改變，接收節(jié)點應在這個時間段內進行改變n固定長度，1個時間份額。傳播段（傳播段（Propagation Segment）n補償信號傳播延

13、時（通過網絡與節(jié)點）n長度編程（ 1 8個時間份額）相位緩沖段相位緩沖段1（Phase Buffer Segment 1）n允許通過重新同步對該段時間加長n在這個時間段的末端進行總線狀態(tài)的采樣n長度可編程（1 8個時間份額）相位緩沖段相位緩沖段2（Phase Buffer Segment 2）n允許通過重新同步對該段時間縮短n長度可編程（18個時間份額）相位緩沖段相位緩沖段2（Phase Buffer Segment 2）n允許通過重新同步對該段時間縮短n長度可編程（18個時間份額）位延長位延長位延長（續(xù)）位延長（續(xù)）位縮短位縮短位縮短（續(xù)）位縮短（續(xù)）同步跳轉寬度同步跳轉寬度n在重新同步中，

14、位長度可調整的時間份額數(shù)量定義為同步跳轉寬度（Synchronization Jump Width）l相位緩沖段1可以被延長的時間份額數(shù)量l相位緩沖段2可以被縮短的時間份額數(shù)量n同步跳轉寬度是強制設置的：l最短為1個時間份額，最長為4個時間份額位定時位定時n為了方便編程許多CAN模塊常常將傳播時間段與相位緩沖段1合并為一個時間段（即，只有3個時間段）為什么要對采樣位置編程？為什么要對采樣位置編程？n提前采樣可以減小振蕩器誤差的敏感性n便于使用價格低廉的振蕩器（如陶瓷振蕩器）為什么要對采樣位置編程？（續(xù)）為什么要對采樣位置編程？（續(xù)）n延遲采樣可以獲取更多的信號傳播時間n便于處理更長的總線/不合

15、理的總線拓撲結構ISO物理層物理層n常用的ISO物理層：l雙絞線，兩端連接終端電阻，典型阻值為120歐姆l兩線使用差分信號驅動（CAN_H，CAN_L）CAN與與EMInCAN對于電磁干擾（EMI）不敏感標準化規(guī)定標準化規(guī)定高速高速CAN與低速與低速CAN的電平信號的電平信號高速高速CAN與低速與低速CAN網絡拓撲網絡拓撲ISO 11898nISO 11898-1lCAN總線數(shù)據鏈路層標準nISO 11898-2l高速CAN物理層標準nISO 11898-3l低速CAN物理層標準nISO 11898-4lTTCAN時間觸發(fā)CANnISO 11898-5l高速CAN with Sleep Mod

16、eISO-IS 11898規(guī)定的物理層規(guī)定的物理層ISO-IS 11898規(guī)定的總線電平規(guī)定的總線電平CiA-DS 102-1規(guī)定的規(guī)定的CAN總線連接器總線連接器Basic-CAN 控制器控制器一般只用于速率很低或消息量很少的CAN節(jié)點中Full-CAN 控制器控制器適用于高波特率及多種消息的高總線負載的總線系統(tǒng)CAN總線應用層協(xié)議返回目錄返回目錄CAN總線應用層協(xié)議總線應用層協(xié)議n從OSI網絡模型的角度來看，CAN現(xiàn)場總線僅僅定義了第1層、第2層。實際設計中，這兩層完全由硬件實現(xiàn)。但是CAN總線沒有定義應用層。因此，需要一個高層協(xié)議來定義CAN報文中的11/29位標識符、8位字節(jié)數(shù)據的使用

17、。CAN總線應用層協(xié)議總線應用層協(xié)議n常見的CAN應用層協(xié)議：nCANopennDeviceNetnSAE J1939CANopen概述概述CAN和CANopen標準在OSI網絡模型中的原理圖CANopen概述概述n應用層協(xié)議內容l應用層提供一組服務和協(xié)議l通訊規(guī)范提供配置設備的方法和通訊數(shù)據，定義了設備之間的數(shù)據如何通訊。l設備規(guī)范為設備增加了設備相關的類行為CAL(CAN Application Layer)nCAL（CAN Application Layer）協(xié)議是目前基于CAN的高層通訊協(xié)議中的一種，提供了4種應用層服務功能nCMS (CAN-based Message Specifi

18、cation)lCMS提供基于變量、事件、域類型的對象，以設計和規(guī)定一個設備（節(jié)點）的功能如何被訪問（例如，如何上載下載超過8字節(jié)的一組數(shù)據（域），并且有終止傳輸?shù)墓δ埽AL(CAN Application Layer)nNMT (Network ManagemenT)l提供網絡管理（如初始化、啟動和停止節(jié)點，偵測失效節(jié)點）服務。這種服務是采用主從通訊模式（所以只有一個NMT主節(jié)點）來實現(xiàn)的。CAL(CAN Application Layer)nDBT (DistriBuTor)l提供動態(tài)分配CAN ID（正式名稱為COB-ID，Communication Object Identifie

19、r）服務。這種服務是采用主從通訊模式（所以只有一個DBT主節(jié)點）來實現(xiàn)的。CAL(CAN Application Layer)nLMT (Layer ManagemenT)lLMT提供修改層參數(shù)的服務：一個節(jié)點（LMT Master）可以設置另外一個節(jié)點（LMT Slave）的某層參數(shù)（如改變一個節(jié)點的NMT地址，或改變CAN接口的位定時和波特率）。CAL(CAN Application Layer)nCMS為它的消息定義了8個優(yōu)先級，每個優(yōu)先級擁有220個COB-ID，范圍從1到1760。剩余的標志（0，1761-2031）保留給NMT，DBT和LMT。 COB-ID越低優(yōu)先級越高。CANo

20、pen協(xié)議介紹協(xié)議介紹n通信接 口和協(xié)議軟件用于提供在總線上收發(fā)通信對象的服務，不同CANopen設備間的通信是通過交換通信對象來完成的。n 對象字典描述了設備使用的所有數(shù)據類型、通信對象和應用對象，對象字典位于通信程序和應用程序之間，用于向應用程序提供接口，n應用程序對對象字典進行操 作，即可實現(xiàn)CANopen通信。它包括功能部分和通信部分，通信部分通過對對象字典進行操作實現(xiàn)CANopen通信，而功能部分則根據應用要求來實現(xiàn)。 CANopen協(xié)議介紹協(xié)議介紹nCAL提供了所有的網絡管理服務和報文傳送協(xié)議，但并沒有定義CMS對象的內容或者正在通訊的對象的類型。而這正是CANopen切入點。 n

21、CANopen是在CAL基礎上開發(fā)的，使用了CAL通訊和服務協(xié)議子集，提供了分布式控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方案。nCANopen的核心概念是設備對象字典（OD：Object Dictionary），對象字典不是CAL的一部分，而是在CANopen中實現(xiàn)的。對象字典對象字典(OD)n對象字典（OD：Object Dictionary）是一個有序的對象組；每個對象采用一個16位的索引值來尋址，為了允許訪問數(shù)據結構中的單個元素，同時定義了一個8位的子索引，CANopen網絡中每個節(jié)點都有一個對象字典。n對象字典包含了描述這個設備和它的網絡行為的所有參數(shù)。 對象字典對象字典(OD)n在使用對象字典來建立對象

22、的描述時，要能夠正確描述所建立的對象含義。例如，一個節(jié)點的兩個模擬通道的對象字典的描述，如表2所示。對于這樣的描述，可以通過建立包含所有對象信息的庫文件來實現(xiàn)，以類似于C語言的方式來實現(xiàn)。 表2 對象字典的描述n用于實現(xiàn)上述對象字典的C語言結構：typedef struct UNSIGNED8 Entries_Number;UNSIGNED32 An_Input1;UNSIGNED32 An_Input2;Analog_Input;對象字典對象字典(OD)nOD通過通信對象描述了設備的所有功能，介于應用程序和通信接口之間n在CANopen 網絡系統(tǒng)中每個節(jié)點都有唯一的一個對象字典，而且每個節(jié)點

23、的對象字典都具有相同的結構，但具體的內容要根據不同的設備而定通信模型通信模型n包括CANopen網絡上的消息幀，以及其內容和功能。l管理消息l服務數(shù)據對象l過程服務對象l特殊功能對象管理消息管理消息n層管理，網絡管理和ID分配服務：如初始化，配置和網絡管理（包括：節(jié)點保護）。 nBoot-up消息、Heartbeat消息、NMT消息n服務和協(xié)議符合CAL中的LMT，NMT和DBT服務部分。這些服務都是基于主從通訊模式：在CAN網絡中，只能有一個LMT，NMT或DBT主節(jié)點以及一個或多個從節(jié)點。Boot-up消息消息n1： Start_Remote_node (0 x01) n2：Stop_Re

24、mote_Node (0 x02) n3： Enter_Pre-Operational_State (0 x80) n4： Reset_Node (0 x81) n5：Reset_Communication (0 x82) n6：設備初始化結束，自動進入Pre_Operational狀態(tài)，發(fā)送Boot-up消息 n通知NMT主節(jié)點已經到就緒狀態(tài)Boot-up消息消息NMT-slave節(jié)點發(fā)布Boot-up報文通知NMT-Master節(jié)點它已經從initialising狀態(tài)進入pre-operational狀態(tài)。Heartbeat消息消息nHeartbeat協(xié)議是為了解決錯誤控制，顯示節(jié)點當前狀

25、態(tài)而引入的。Heartbeat消息周期性地由節(jié)點發(fā)出，表示該節(jié)點目前仍然在工作。一個節(jié)點可被配置為產生周期性的被稱作心跳報文（Heartbeat）的報文狀態(tài)可為下表中的數(shù)值：NMT消息消息n由NMT主節(jié)點發(fā)送，迫使從節(jié)點狀態(tài)轉換。使用2B數(shù)據單幀，第一個數(shù)據字節(jié)是命令，第二個字節(jié)是目標節(jié)點的IDNMT消息消息n只有NMT-Master節(jié)點能夠傳送NMT Module Control報文。NMT Module Control消息不需要應答。NMT消息格式如下： 一個節(jié)點可被配置為產生周期性的被稱作心跳報文（Heartbeat）的報文當Node-ID=0，則所有的NMT設備被尋址。CS是命令字，可

26、以取如下值：NMT消息消息n通過節(jié)點保護服務，NMT主節(jié)點可以檢查每個節(jié)點的當前狀態(tài)，當這些節(jié)點沒有數(shù)據傳送時這種服務尤其有意義。 NMTMaster節(jié)點發(fā)送如下報文應答：NMTMaster節(jié)點發(fā)送遠程幀（無數(shù)據）消息格式如下：服務數(shù)據對象（服務數(shù)據對象（SDO）nSDO提供客戶訪問服務器的對象字典(OD)的功能l訪問者被稱作客戶 (client)，對象字典被訪問且提供所請求服務的CANopen設備則稱作服務器(server)。l通過SDO服務，可以訪問對象字典的條目，這些條目可能包含有任意長度的數(shù)據和數(shù)據類型。l客戶的CAN報文和服務器的應答CAN報文總是包含8字節(jié)數(shù)據（盡管不是所有的數(shù)據字

27、節(jié)都一定有意義）。一個客戶的請求一定有來自服務器的應答。服務數(shù)據對象（服務數(shù)據對象（SDO）nSDO有2種傳送機制： l加速傳送（Expedited transfer）：最多傳輸4字節(jié)數(shù)據 l分段傳送（Segmented transfer） ： 傳輸數(shù)據長度大于4字節(jié)服務數(shù)據對象（服務數(shù)據對象（SDO）n為了進行標準的分段加速傳送，SDO定義了6個確認服務(SDO下載，SDO上傳，啟動SDO上傳，啟動SDO下載，下載SDO段和上傳SDO段)和一個非確認服務(中止SDO傳送)。如：啟動SDO下載協(xié)議與對象字典的關系服務數(shù)據對象（服務數(shù)據對象（SDO）n一個節(jié)點向其它節(jié)點發(fā)送SDO時，所使用報文C

28、ANID為600h+NodeID例如 將值0 x31FF寫入節(jié)點0 x01的索引為0 x6012，子索引為2的對象字典中，對應的字節(jié)賦值，如圖2所示。根據SDO協(xié)議，連接對象報文的標識符(COBID)為600h+01h=601h。Byte0為2B，表示客戶向服務器發(fā)出下載請求。采用加速傳送方式，并且顯示字節(jié)長度。Byte l和2表示索引和子索引分別為6012h和2h。Byte3為02h，表示傳送的數(shù)據為2個字節(jié)。Byte4和5表示傳送數(shù)據值為0 x31FF。服務數(shù)據對象（服務數(shù)據對象（SDO）n通過使用索引和子索引（在CAN報文的前幾個字節(jié)），SDO使客戶機能夠訪問設備（服務器）對象字典中的項

29、（對象）。n SDO通過CAL中多元域的CMS對象來實現(xiàn)，允許傳送任何長度的數(shù)據n協(xié)議是確認服務類型：為每個消息生成一個應答（一個SDO需要兩個ID）。SDO請求和應答報文總是包含8個字節(jié)過程數(shù)據對象過程數(shù)據對象PDOn用來傳輸實時數(shù)據， 數(shù)據從一個生產者傳到一個或多個消費者。數(shù)據傳送限制在1到8個字節(jié)nPDO通訊沒有協(xié)議規(guī)定。PDO數(shù)據內容只由它的CAN ID定義，假定生產者和消費者知道這個PDO的數(shù)據內容。n每個PDO在對象字典中用2個對象描述：PDO通信參數(shù)和PDO映射參數(shù),所謂PDO的映射，就是將PDO的數(shù)據指向對象字典的某個位置 nPDO消息的內容是預定義的過程數(shù)據對象過程數(shù)據對象P

30、DO PDO訪問：由于PDO都是用來傳送較短且實時性較高的控制數(shù)據和狀態(tài)數(shù)據，因此，PDO數(shù)據在傳送時，是不會像SDO一樣，在數(shù)據包里指定要對哪個Index進行操作，PDO在進行數(shù)據交換之前，要先設定好是對哪個Index操作的，這個動作就是PDO Mapping，映射好了PDO的數(shù)據對象，則PDO的數(shù)據就會被從站自動指向對象字典里的某個Index Sub-index上，這樣就加快了數(shù)據交換的效率。過程數(shù)據對象過程數(shù)據對象PDO過程數(shù)據對象過程數(shù)據對象PDOn同步（通過接收SYNC對象實現(xiàn)同步） l非周期：由遠程幀預觸發(fā)傳送，或者由設備子協(xié)議中規(guī)定的對象特定事件預觸發(fā)傳送。 l周期：傳送在每1到

31、240個SYNC消息后觸發(fā)。 n異步 l由遠程幀觸發(fā)傳送。l由設備子協(xié)議中規(guī)定的對象特定事件觸發(fā)傳送。預定義消息或者特殊功能對象預定義消息或者特殊功能對象n同步：用來同步網絡中節(jié)點，基于主從概念n時間戳：為設備提供一個時間標準n緊急事件：緊急事件由設備的內部錯誤觸發(fā)，每個錯誤事件只發(fā)送一次，不重復發(fā)生。預定義的連接設置預定義的連接設置 n為了減小簡單網絡的組態(tài)工作量，CANopen定義了強制性的缺省標識符（CAN-ID）分配表。這些標志符在預操作狀態(tài)下可用，通過動態(tài)分配還可修改n缺省ID分配表是基于11位CANID，包含一個4位的功能碼部分和一個7位的節(jié)點ID(Node-ID)部分。預定義報文

32、或者特殊功能對象預定義報文或者特殊功能對象CANopen標識符分配標識符分配 n使用預定義的主從連接集。ID是缺省的，不需要配置。如果節(jié)點支持，PDO數(shù)據內容也可以配置。 n上電后修改PDO的ID（在預操作狀態(tài)），使用（預定義的）SDO在節(jié)點的對象字典中適當位置進行修改。n使用CAL DBT服務：節(jié)點或從節(jié)點最初由它們的配置ID指稱。節(jié)點ID可以由設備上的撥碼開關配置注意事項注意事項n(1)在開發(fā)過程中不必要將CANopen協(xié)議中的各項內容都一一編寫，只要根據應用的具體要求按照CANopen協(xié)議編寫即可。對象字典都要通過軟件實現(xiàn)，這是實現(xiàn)CANopen的關鍵。n(2)組建對象字典時并沒有必要把

33、協(xié)議規(guī)定的所有項都包括進去，另外還要留出足夠的空間，使得用戶可以根據以后的具體需要向對象字典中添加功能項。n(3)一般應用中，如果CANopen網絡不復雜，使用預定義的標識符分配就能滿足要求。對于特別大的系統(tǒng)，如果要制定標識符分配，這需要大量的軟件編程。n(4)對于CANopen網絡中必須實現(xiàn)的管理功能，一般由一個節(jié)點來實現(xiàn)，但也可以由幾個節(jié)點分別承擔。尤其對于SYNC報文傳輸和標識符的分配，分開來實現(xiàn)會更好。DeviceNet概述概述nDeviceNet是20世紀90年代中期發(fā)展起來的一種基于CAN技術的開放型、符合全球工業(yè)標準的低成本、高性能的通信網絡。它通過一根電纜將PLC、傳感器、光電

34、開關、操作員終端、電動機、軸承座、變頻器和軟啟動器等現(xiàn)場智能設備連接起來，是分布式控制系統(tǒng)減少現(xiàn)場I/O接口和布線、將控制功能下載到現(xiàn)場設備的理想解決方案DeviceNet概述概述nDeviceNet不僅可以作為設備級的網絡，還可以作為控制級的網絡，通過DeviceNet提供的服務還可以實現(xiàn)以太網上的實時控制。較之其它的一些現(xiàn)場總線， DeviceNet不僅可以接入更多、更復雜的設備，還可以為上層提供更多的信息和服務nDeviceNet最初由Rockwell公司設計，目前由ODVA（Open DeviceNet Vendors Association）致力于支持DeviceNet產品和規(guī)范的進

35、一步開發(fā)。此外，Rockwell， GE，ABB，Hitachi，Omron等公司也致力于DeviceNet的推廣DeviceNet的主要特點的主要特點n采用基于CAN的多主方式工作n逐位仲裁模式的優(yōu)先級對等通信建立了用于數(shù)據傳輸?shù)纳a者/消費者傳輸模型nDeviceNet的直接通信距離最遠為500m，通信速率最高可達500kb/snDeviceNet上可容納64個節(jié)點地址，每個節(jié)點支持的I/O數(shù)量無限制n采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾的概率低，檢錯效果好n通信介質為獨立雙絞總線，信號與電源承載于同一電纜n支持設備的熱插拔，無需網絡斷電nDeviceNet的接入設備可選擇光隔離設計，由外部供

36、電設備與由總線供電的設備共享總線電纜DeviceNet協(xié)議規(guī)范協(xié)議規(guī)范n沿用了CAN協(xié)議標準所規(guī)定的總線網絡的物理層和數(shù)據鏈路層，定義了不同的報文格式、總線訪問仲裁規(guī)則及故障檢測和故障隔離的方法物理層和介質物理層和介質物理層規(guī)范定義了DeviceNet的總線拓撲結構以及網絡元件，具體包括接地、粗纜和細纜混合結構、網絡端接和電源分配采用的典型拓撲結構是干線分支結構線纜包括（干線）和細纜（分支線），總線線纜采用五線制電纜，包括了2條信號線，2條24V電源線和一條屏蔽線，支持總線供電設備連接可選用開放/封裝端頭兩種提供125/250/500Kbps三種可選的通訊波特率，最大拓撲距離為500米，每個網

37、絡段最大可達64個節(jié)點數(shù)據鏈路層數(shù)據鏈路層遵循CAN協(xié)議規(guī)范，并由CAN控制器芯片實現(xiàn)CAN是基于廣播方式的協(xié)議，支持多主形式傳輸。傳輸?shù)膸环峙湟粋€標識符，每個節(jié)點根據標識符確定是否接收這些幀提供數(shù)據幀、出錯幀、遠程幀和過載幀等多種幀格式，數(shù)據幀每幀信息都有CRC校驗和其它校驗措施，數(shù)據傳輸誤碼率極低，有嚴重故障的節(jié)點可自動從網絡上切除采用非破壞性逐位仲裁的方法解決共享介質總線訪問沖突問題。網絡上每個節(jié)點擁有一個唯一的標識符，這個標識符的值決定了仲裁中優(yōu)先級的大小，優(yōu)先級值小的節(jié)點在競爭仲裁中為獲勝的一方數(shù)據通信方式數(shù)據通信方式循環(huán)（Cyclic）方式：適用于一些模擬設備，可以根據設備的信號

38、發(fā)生的速度，靈活設定循環(huán)進行數(shù)據通信的時間間隔狀態(tài)改變（Change of State）方式：適用于離散的設備，采用事件觸發(fā)方式，當設備狀態(tài)發(fā)生改變時才發(fā)生通信選通（Strobed）方式：利用8B的報文廣播，64個二進制位的值對應網絡上64個可能的節(jié)點，通過位的標識，指定要求響應的從設備查詢（Polled）方式：I/O報文直接依次發(fā)送到各個從設備DeviceNet的網絡通信的網絡通信DeviceNet 是一個基于連接的通信網絡系統(tǒng)。一個DeviceNet 的連接提供了多個應用之間的路徑。當建立連接時，與連接相關的傳送會被分配一個連接ID（CID）。如果連接包含雙向交換那么應當分配兩個連接ID值

39、。DeviceNet報文報文nI/OI/O報文報文：適用于實時性要求較高和面向控制的數(shù)據，它提供了在報文發(fā)送過程和多個報文接收過程之間的專用通信路徑，通常使用優(yōu)先級高的連接標識符，通過一點或多點連接進行信息交換，連接標識符提供了I/O報文的相關信息，在I/O報文利用連接標識符發(fā)送之前，報文的發(fā)送和接收設備都必須先進行設定，設定的內容包括源和目的對象的屬性，以及數(shù)據生產者和消費者的地址，IO數(shù)據通常不需要響應，用于控制數(shù)據的傳輸 n顯式報文顯式報文：顯示連接是Request/Response型的通信，即主站發(fā)一條命令，從站必須回復一條響應，才算完成一次通信，適用于兩個設備間多用途的點對點報文傳遞

40、，常用于節(jié)點的配置、問題診斷等CAN標識符使用標識符使用 nDeviceNet建立在標準CAN2.0A協(xié)議之上，并使用11位標準報文標識符，可分成4個單獨的報文組DeviceNet對象模型對象模型nDeviceNet應用層協(xié)議是以面向對象的方式進行描述的，對協(xié)議本身所要完成的功能進行抽象和定義，把協(xié)議功能劃分為多個模塊，每個模塊抽象出它所具有的產品數(shù)據功能屬性、所能完成的功能和動作以及與其他模塊對象的接口(Interface)，并把模塊對象化。nDeviceNet通過抽象的對象模型來描述網絡中所有可見的數(shù)據和功能，一個DeviceNet設備可以定義成為一個對象的集合n一個對象代表設備內一個部件

41、的抽象描述。對象由它的數(shù)據或屬性、功能或服務以及它所定義的行為決定。 DeviceNet對象模型對象模型DeviceNet與與CANopen區(qū)別區(qū)別傳輸距離：傳輸距離： CANopen網絡可實現(xiàn)遠距離傳輸(10 km)，工作速率可調(1 Mb/s 通訊速率 5 kb/s)，因此，在實際應用中，要考慮到傳輸距離的限制而選擇總線協(xié)議。如果用devicenet進行遠距離傳輸，要使用網絡中繼器，現(xiàn)在市場上已經有很多這兩種總線系統(tǒng)的中繼器產品.DeviceNet與與CANopen區(qū)別區(qū)別標識符分配標識符分配 ：nCANopen支持CAN2.0 A11位和CAN2.0 B29位標識符，而且報文的優(yōu)先級只能通過它的大小來區(qū)分，通常節(jié)點地址比較小的COB-ID報文的優(yōu)先級最高。如果要傳送需要快速響應的事件，則要通過預定義和特殊功能對象，如同步(SYNC)，時間標記對象(time stamp)，緊急事件(emergency)，PDO 用來傳輸實時數(shù)據，優(yōu)先級大于SDO，因為SDO的數(shù)據量大，通常用于設備初始化組態(tài)。而DeviceNET只用了CAN2.0 A的11位標識符去分組定義報文的優(yōu)先級，這種信息組設計方法使總線優(yōu)先級可任意分布，而不僅和節(jié)點地址有關。還取決與它是I/O還是顯示報文，報文的組號等。 DeviceNet與與CA