現(xiàn)場(chǎng)總線新五章

1、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)第第5章、章、CAN總線通信技術(shù)總線通信技術(shù)5.1 概述概述5.1.1 CAN的發(fā)展概況n現(xiàn)代社會(huì)對(duì)汽車(chē)的要求不斷提高，這些要求包括：極高的主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性；乘坐的舒適性；駕駛與使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。n在汽車(chē)設(shè)計(jì)中運(yùn)用微處理器及其電控技術(shù)是滿足這些要求的最好方法，而且已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。目前這些系統(tǒng)有：ABS（防抱系統(tǒng)）、EBDEBD（制動(dòng)力分配系統(tǒng)）（制動(dòng)力分配系統(tǒng)）、EMS（發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)）、多功能數(shù)字化儀表、主動(dòng)懸架、導(dǎo)航系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、自動(dòng)空調(diào)和自動(dòng)CD 機(jī)等。5.1.1 CAN的發(fā)展概況n這些系統(tǒng)由多個(gè)電控單元相互連接而成，可分

2、為控制器、傳感器、執(zhí)行器等。同時(shí)各個(gè)系統(tǒng)之間也互相連接，進(jìn)行著越來(lái)越多的數(shù)據(jù)交換。這樣就需要使用大量的線束和插接器來(lái)實(shí)現(xiàn)互連，進(jìn)行它們之間的數(shù)據(jù)交換。隨著汽車(chē)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，這種需求的增長(zhǎng)是驚人的（如圖）。5.1.1 CAN的發(fā)展概況n由于線束和插接器的數(shù)量不斷增加，整車(chē)電子系統(tǒng)的復(fù)雜程度愈來(lái)愈高，其可靠性將難以保證，故障率會(huì)提高，維修會(huì)更加困難。n為了滿足汽車(chē)內(nèi)部信息交換量急劇增加的要求，有必要使用一種實(shí)現(xiàn)多路傳輸方式的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用串行總線結(jié)構(gòu)，通過(guò)總線信道共享，減少線束的數(shù)量。 n車(chē)載網(wǎng)絡(luò)除了要求采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方式外，必須具有極好的抗干擾能力；極強(qiáng)的差錯(cuò)檢測(cè)和處理能

3、力；滿足信息傳輸實(shí)時(shí)性要求；同時(shí)具備故障的診斷和處理能力等。另外考慮到成本因素，要求其控制接口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于配置。 5.1.1 CAN的發(fā)展概況n20世紀(jì)80年代，Bosch的工程人員開(kāi)始研究用于汽車(chē)的串行總線系統(tǒng)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒(méi)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能完全滿足汽車(chē)工程的要求。參加研究的還有Mercedes-Benz公司、Intel公司，還有德國(guó)兩所大學(xué)的教授。n1986年， Bosch在SAE（汽車(chē)工程人員協(xié)會(huì)）大會(huì)上提出了CANn1987年，INTEL就推出了第一片CAN控制芯片82526；隨后Philips半導(dǎo)體推出了82C200。n1993年，CAN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898公布n從此CAN 協(xié)

4、議被廣泛的用于各類(lèi)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。 5.1.1 CAN的發(fā)展概況n1992年，CIA（CAN in Automation）用戶組織成立，之后制定了第一個(gè)CAN應(yīng)用層“CAL”。n1994年開(kāi)始有了國(guó)際CAN學(xué)術(shù)年會(huì)（ICC）。n1994年美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)以CAN為基礎(chǔ)制定了SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)，用于卡車(chē)和巴士控制和通信網(wǎng)絡(luò)。 n到今天，幾乎每一輛歐洲生產(chǎn)的轎車(chē)上都有CAN；高級(jí)客車(chē)上有兩套CAN，通過(guò)網(wǎng)關(guān)互聯(lián)；1999年一年就有近6千萬(wàn)個(gè)CAN控制器投入使用；2000年銷(xiāo)售1億多CAN的芯片；2001年用在汽車(chē)上的CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)目超過(guò)1億個(gè) 。n但是轎車(chē)上基于CAN的控制網(wǎng)絡(luò)至今仍是各大公司自

5、成系統(tǒng)，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。5.1.1 CAN的發(fā)展概況n基于CAN的應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用較通用的有兩種：DeviceNet（適合于工廠底層自動(dòng)化） 和 CANopen（適合于機(jī)械控制的嵌入式應(yīng)用）。n任何組織或個(gè)人都可以從DeviceNet供貨商協(xié)會(huì)（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范。購(gòu)買(mǎi)者將得到無(wú)限制的、真正免費(fèi)的開(kāi)發(fā)DeviceNet產(chǎn)品的授權(quán)。nDviceNet自2002年被確立為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，已在冶金、電力、水處理、乳品飲料、煙草、水泥、石化、礦山等各個(gè)行業(yè)得到成功應(yīng)用，其低成本和高可靠性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同。5.1.2 CAN的性能特點(diǎn)n有專(zhuān)門(mén)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898 。n任一節(jié)點(diǎn)可

6、在任一時(shí)刻主動(dòng)發(fā)送。n報(bào)文以標(biāo)識(shí)符分為不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)性要求。優(yōu)先級(jí)最高的報(bào)文保證134us內(nèi)得到傳輸。n非破壞性總線仲裁技術(shù)，大大節(jié)省了總線沖突的仲裁時(shí)間。n通過(guò)對(duì)報(bào)文濾波可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局廣播等多種傳送方式。n速率最高可達(dá)1Mbps，最遠(yuǎn)可達(dá)10kmn節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)，標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制5.1.2 CAN的性能特點(diǎn)n短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，適于工業(yè)環(huán)境n每幀信息都采用CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。n通信介質(zhì)選擇靈活（雙絞線、同軸電纜或光纖）n錯(cuò)誤嚴(yán)重情況下自動(dòng)關(guān)閉輸出，保證不影響總線上其他節(jié)點(diǎn)通信。n性價(jià)比高，器件容易購(gòu)置，節(jié)點(diǎn)價(jià)格低。n

7、開(kāi)發(fā)技術(shù)容易掌握，能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具。5.1.3 位數(shù)值表示和通信距離n“顯性”位0和“隱性”位1n若總線上有兩個(gè)以上驅(qū)動(dòng)器同時(shí)分別發(fā)送“0”和“1”，其結(jié)果是總線數(shù)值為顯性“0” 。 VCAN-H VCAN-L 隱隱性性位位 隱隱性性位位 顯顯性性位位 CAN總線上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最大距離速率kbps1000500250125100距離 m40130270530620速率kbps5020105距離 m130033006700100005.2 CAN技術(shù)規(guī)范技術(shù)規(guī)范n1991年9月BOSCH公司發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范2.0，該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。n2.0A給出了CAN報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)格式

8、n2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式n1993年11月ISO正式將它頒布為：道路交通工具-數(shù)據(jù)信息交換-高速通信控制器局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。n2.0B完全兼容2.0A。所以我們介紹2.0B。5.2.1 基本概念n位速率位速率 在一個(gè)給定的CAN系統(tǒng)里，位速率是唯一且固定的n遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求 通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)幀n仲裁仲裁 當(dāng)總線開(kāi)放時(shí)任何單元均可開(kāi)始發(fā)送報(bào)文，運(yùn)用非破壞性逐位仲裁規(guī)則解決潛在沖突：在標(biāo)識(shí)符（仲裁區(qū)）發(fā)送期間，每個(gè)發(fā)送器都監(jiān)視總線上當(dāng)前的電平，并與它發(fā)送的電平進(jìn)行比較，如果相等則繼續(xù)發(fā)送，如果發(fā)送一個(gè)隱性位（1）而檢測(cè)到

9、的是一個(gè)顯位（0），那么此節(jié)點(diǎn)失去仲裁，立即停止后續(xù)位的發(fā)送。仲裁區(qū)值最小的競(jìng)爭(zhēng)者將贏得仲裁。5.2.1 基本概念標(biāo)識(shí)符的逐位仲裁01Arbi t rati on LostM odul e 1M odul e 2Bus Line顯性隱性失去仲裁節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2線上可見(jiàn)5.2.2 依據(jù)OSI模型的CAN的分層結(jié)構(gòu) 位編碼/解碼 位定時(shí) 同步 驅(qū)動(dòng)器接收器特性邏輯鏈路子層LLC 接收濾波 超載通知 恢復(fù)管理介質(zhì)訪問(wèn)控制子層MAC 數(shù)據(jù)包裝/解包 幀編碼 介質(zhì)訪問(wèn)管理 錯(cuò)誤監(jiān)測(cè) 出錯(cuò)標(biāo)定 應(yīng)答 串并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)鏈路層物理層故障界定總線故障管理監(jiān)控器5.2.3 報(bào)文傳送及其幀結(jié)構(gòu)5.2.3.1 幀格式和幀類(lèi)型

10、n標(biāo)準(zhǔn)幀標(biāo)準(zhǔn)幀 11位標(biāo)識(shí)符n擴(kuò)展幀擴(kuò)展幀 29位標(biāo)識(shí)符n幀類(lèi)型幀類(lèi)型 數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀n編碼規(guī)則編碼規(guī)則1）位填充：發(fā)送器監(jiān)視發(fā)送位流，連續(xù)5個(gè)相同位便自動(dòng)插入一個(gè)補(bǔ)碼位。（錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀以及幀結(jié)束標(biāo)志不執(zhí)行位填充）2）采用不歸零（NRZ）編碼5.2.3.2 數(shù)據(jù)幀n由7個(gè)不同的場(chǎng)組成。數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度可為0nCAN2.0B存在標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展兩種幀格式n為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)格式執(zhí)行部分?jǐn)U展，不一定要完全擴(kuò)展n可以用整個(gè)標(biāo)識(shí)符進(jìn)行報(bào)文濾波，也可以把標(biāo)識(shí)符屏蔽一部分進(jìn)行報(bào)文濾波仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)CRC場(chǎng)幀間空間幀結(jié)束幀起始ACK場(chǎng)幀間空間數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀的標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式n標(biāo)準(zhǔn)格式n擴(kuò)展格

11、式仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)11位標(biāo)識(shí)符SOFRTRIDEr0DLC仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)11位標(biāo)識(shí)符SOFRTRIDEDLC18位標(biāo)識(shí)符 r1 r0SRR數(shù)據(jù)幀的標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式n幀起始（幀起始（SOFSOF）僅由一顯位構(gòu)成。所有站都必須同步于首先發(fā)送的那個(gè)幀起始前沿n仲裁場(chǎng)（標(biāo)準(zhǔn)格式）仲裁場(chǎng)（標(biāo)準(zhǔn)格式）由11位標(biāo)識(shí)符ID28 ID18、遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR組成，其中ID高七位不可全為1（隱性）。n仲裁場(chǎng)（擴(kuò)展格式）仲裁場(chǎng)（擴(kuò)展格式）由29位標(biāo)識(shí)符ID28 ID0、SRR位、IDE位、RTR位組成nSRR是隱性位，它用于替代標(biāo)準(zhǔn)格式的RTR位。nIDE=1（隱性）代表擴(kuò)展格式。IDE位在擴(kuò)展格式中位于

12、仲裁場(chǎng)而在標(biāo)準(zhǔn)格式中位于控制場(chǎng)。數(shù)據(jù)幀的標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式n控制場(chǎng)控制場(chǎng)由6個(gè)位組成n數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼DLC3DLC0指示數(shù)據(jù)場(chǎng)的字節(jié)數(shù)，08，其他數(shù)值不允許使用。n保留位保留位r1和r0必須為0，IDE(標(biāo)準(zhǔn)格式)=0n數(shù)據(jù)場(chǎng)：數(shù)據(jù)場(chǎng)：08個(gè)字節(jié)，8位/字節(jié)，MSB先發(fā)nCRCCRC場(chǎng)場(chǎng)由15位CRC序列和1位CRC界定符組成。CRC界定符為一隱性位。保留位控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)或CRC場(chǎng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼仲裁場(chǎng)IDE/r1r0DLC3DLC2DLC1DLC0數(shù)據(jù)幀的標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式n應(yīng)答場(chǎng)應(yīng)答場(chǎng)為2位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符，不進(jìn)行位填充。n在應(yīng)答間隙時(shí)間，發(fā)送器發(fā)隱位；所有正確接收到有效報(bào)文的接收

13、器發(fā)一個(gè)顯位。n應(yīng)答界定符為隱位(1)。n幀結(jié)束：幀結(jié)束：由7個(gè)隱位組成，不進(jìn)行位填充。7.2.3.3 遠(yuǎn)程幀n需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)幀n遠(yuǎn)程幀的RTR位是隱性的，它沒(méi)有數(shù)據(jù)場(chǎng)，所以數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼沒(méi)有意義。5.2.3.4 錯(cuò)誤幀n錯(cuò)誤幀由兩個(gè)不同的場(chǎng)組成，第一個(gè)場(chǎng)是不同站提供的錯(cuò)誤標(biāo)志的疊加，第二個(gè)場(chǎng)是錯(cuò)誤界定符。n錯(cuò)誤標(biāo)志錯(cuò)誤標(biāo)志分兩種，主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（6個(gè)顯性位）和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（6個(gè)隱性位）n檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的“錯(cuò)誤主動(dòng)”站發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，這樣一來(lái)所有其他站都會(huì)檢測(cè)到錯(cuò)誤條件并開(kāi)始發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。疊加在一起最多12個(gè)顯性位錯(cuò)誤標(biāo)志的重疊錯(cuò)誤界定符幀間空間或過(guò)載幀錯(cuò)誤幀

14、數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤標(biāo)志5.2.3.4 錯(cuò)誤幀n檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的“錯(cuò)誤被動(dòng)”站發(fā)送被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。從那時(shí)開(kāi)始，等待6個(gè)相同極性的位，一旦等到，被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志就算完成n錯(cuò)誤界定符錯(cuò)誤界定符包括8個(gè)隱性位。一個(gè)站發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志以后，就發(fā)送一個(gè)隱性位，并一直監(jiān)視總線，直到發(fā)現(xiàn)一個(gè)隱性位，就發(fā)送其余7個(gè)隱性位。5.2.3.5 過(guò)載幀n過(guò)載幀包括兩個(gè)場(chǎng)：過(guò)載標(biāo)志（6個(gè)顯位及其疊加）和過(guò)載界定符（8個(gè)隱位）n導(dǎo)致發(fā)送過(guò)載標(biāo)志的條件：導(dǎo)致發(fā)送過(guò)載標(biāo)志的條件：接收器內(nèi)部要求延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，在間歇場(chǎng)第一或第二位檢測(cè)到一個(gè)顯性位n過(guò)載標(biāo)志過(guò)載標(biāo)志的形式與主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志一樣n一個(gè)站發(fā)出過(guò)載標(biāo)志，其他站都將檢測(cè)到過(guò)載條件并發(fā)

15、出過(guò)載標(biāo)志。n過(guò)載界定符過(guò)載界定符的形式與錯(cuò)誤界定符一樣。過(guò)載標(biāo)志發(fā)送后，站就監(jiān)視總線直到發(fā)現(xiàn)從顯位到隱位的跳變，然后發(fā)送其余7個(gè)隱性位。過(guò)載標(biāo)志的重疊過(guò)載界定符幀間空間或過(guò)載幀過(guò)載幀幀結(jié)束或錯(cuò)誤界定符或過(guò)載界定符過(guò)載標(biāo)志5.2.3.6 幀間空間n對(duì)于數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，無(wú)論它前面是什么幀，都用幀間空間來(lái)分開(kāi)；但是對(duì)于過(guò)載幀或錯(cuò)誤幀，沒(méi)有幀間空間與前面幀分開(kāi)n間歇場(chǎng)由3個(gè)隱位組成。間歇場(chǎng)期間不允許啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。n總線空閑周期可為任意長(zhǎng)度。此時(shí)，總線是開(kāi)放的，任何站可隨時(shí)發(fā)送。間歇場(chǎng)總線空閑幀幀間空間幀5.2.4 錯(cuò)誤類(lèi)型和界定n5種錯(cuò)誤類(lèi)型：n位錯(cuò)誤：發(fā)送器監(jiān)視到總線位數(shù)值與發(fā)出的位數(shù)值

16、不同。仲裁場(chǎng)填充位和應(yīng)答間隙發(fā)出隱位而檢測(cè)到顯位則例外n填充錯(cuò)誤：應(yīng)該使用位填充的地方出現(xiàn)第6個(gè)相同位。nCRC錯(cuò)誤：計(jì)算結(jié)果與收到的CRC不同n形式錯(cuò)誤：固定形式的位場(chǎng)中出現(xiàn)非法位n應(yīng)答錯(cuò)誤：在應(yīng)答間隙，發(fā)送器未檢測(cè)到顯位5.2.4 錯(cuò)誤類(lèi)型和界定n檢測(cè)到CRC錯(cuò)誤，應(yīng)在應(yīng)答界定符后發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志；檢測(cè)到其他錯(cuò)誤應(yīng)在下一位發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。n節(jié)點(diǎn)的3 3種故障狀態(tài)種故障狀態(tài)：錯(cuò)誤主動(dòng)，錯(cuò)誤被動(dòng)，總線關(guān)閉n正常情況下節(jié)點(diǎn)是“錯(cuò)誤主動(dòng)錯(cuò)誤主動(dòng)”站站，此類(lèi)站檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志n出現(xiàn)錯(cuò)誤較多的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)為“錯(cuò)誤被動(dòng)錯(cuò)誤被動(dòng)”站站，此類(lèi)站檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)只能發(fā)被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志n出現(xiàn)太多錯(cuò)誤時(shí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)為“總線關(guān)閉

17、總線關(guān)閉”狀態(tài)狀態(tài)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)不可對(duì)總線有任何影響（例如關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)器）5.2.4 錯(cuò)誤類(lèi)型和界定n為了界定故障，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中都有兩種計(jì)數(shù)發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)和接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，按照以下規(guī)則計(jì)數(shù)：n接收器檢出錯(cuò)誤時(shí)，接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器加1n接收器在送出錯(cuò)誤標(biāo)志后第一位檢出一個(gè)顯位，接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器加8n發(fā)送器送出一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志時(shí)，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器加8n送出一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志或過(guò)載標(biāo)志時(shí)檢測(cè)到位錯(cuò)誤，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器加8n報(bào)文成功發(fā)送后發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器減15.2.4 錯(cuò)誤類(lèi)型和界定n報(bào)文成功接收后接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器減1，但若其127則將其置為119到127之間某數(shù)n發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器127或接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器127，節(jié)點(diǎn)置“錯(cuò)誤被動(dòng)”狀態(tài)n

18、發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器255，節(jié)點(diǎn)置“總線關(guān)閉”狀態(tài)n兩個(gè)計(jì)數(shù)器均小于等于127，錯(cuò)誤被動(dòng)節(jié)點(diǎn)置為錯(cuò)誤主動(dòng)節(jié)點(diǎn)n在檢測(cè)到總線上連續(xù)11個(gè)隱位發(fā)生128次后，總線關(guān)閉節(jié)點(diǎn)變?yōu)殄e(cuò)誤主動(dòng)節(jié)點(diǎn)且兩個(gè)計(jì)數(shù)器清05.2.5 位定時(shí)與同步n一個(gè)標(biāo)稱(chēng)的位時(shí)間分為：同步段、傳播段、相位緩沖段1、相位緩沖段2。n同步段用于同步各節(jié)點(diǎn)，正常情況下跳變沿落在此段內(nèi)n傳播段用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸延時(shí)n采樣點(diǎn)時(shí)刻讀取的電平代表這個(gè)位的電平同步段4時(shí)間份額1時(shí)間份額1位時(shí)間=10時(shí)間份額傳播段1時(shí)間份額4時(shí)間份額相位緩沖段1相位緩沖段2采樣點(diǎn)5.2.5 位定時(shí)與同步n時(shí)間份額由振蕩器周期分頻而得n各時(shí)間段長(zhǎng)度為：同步段1份額，傳播段

19、18份額，相位緩沖段1，18份額，相位緩沖段2，Max(相位緩沖段1，信息處理時(shí)間)，其中信息處理時(shí)間=2份額。一個(gè)位的總時(shí)間份額數(shù)為825，可以編程。n同步的規(guī)則：n在總線空閑時(shí)，只要檢測(cè)到一個(gè)隱性到顯性的邊沿，就執(zhí)行一次硬同步（以該邊沿作為同步段）n在總線不空閑時(shí)，若邊沿落在同步段以外，則按其與同步段之差執(zhí)行再同步：5.2.5 位定時(shí)與同步n再同步情況：邊沿落在同步段以后，則把所差份額加到相位緩沖段1n再同步情況 ：邊沿落在同步段以前，則從相位緩沖段2減去所差份額n再同步所加減的份額有個(gè)上限，該上限可取值14個(gè)時(shí)間份額，但不可大于相位緩沖段1。n因?yàn)橛形惶畛湟?guī)則，所以可用于再同步的邊沿在一

20、定時(shí)間內(nèi)總會(huì)出現(xiàn)。最大可能時(shí)間間隔是29個(gè)位。n一個(gè)位時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一次同步n一般只把隱性到顯性的邊沿用于同步5.3 CAN控制器和控制器和CAN收發(fā)器簡(jiǎn)介收發(fā)器簡(jiǎn)介 5.3.1 CAN控制器的作用n完成CAN規(guī)范所規(guī)定的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層大部分功能n有微處理器接口，易于連接單片機(jī)n結(jié)構(gòu)分兩種類(lèi)型，獨(dú)立IC或與單片機(jī)集成在一起，SJA1000屬于前者n屬于后者的有：PHILIPS的87C591、LPC2119，西門(mén)子的C167C，INTEL的80C196CA等n都遵循CAN2.0規(guī)范，掌握其中一種就可觸類(lèi)旁通5.3.2 CAN控制器SJA1000主要特性n28引腳，可與INTEL系列或MOTO

21、ROLA系列微處理器接口n支持CAN2.0A和CAN2.0B規(guī)范n支持11位和29位標(biāo)識(shí)符n64字節(jié)先進(jìn)先出(FIFO)接收緩沖器n通信速率最高1MbpsnCAN輸出驅(qū)動(dòng)器可配置n工作溫度 -40125n 擴(kuò)展的報(bào)文驗(yàn)收濾波器，可置成單濾波或雙濾波模式CAN控制器SJA1000在系統(tǒng)中的位置傳感器執(zhí)行元件MMI模塊控制器CAN控制器CAN收發(fā)器TXRX傳感器執(zhí)行元件MMI微控制器SJA100082C250TXRXCAN總線分布模塊1分布模塊2SJA1000的模塊結(jié)構(gòu)發(fā)送緩沖區(qū)驗(yàn)收濾波器接收FIFOCAN2.0B核心模塊接口管理邏輯主控制器收發(fā)器SJA1000CAN總線線路SJA1000發(fā)送緩沖

22、器的布局CAN地址內(nèi)容16TX幀信息17TX標(biāo)識(shí)碼118TX標(biāo)識(shí)碼219TX數(shù)據(jù)字節(jié)120TX數(shù)據(jù)字節(jié)221TX數(shù)據(jù)字節(jié)322TX數(shù)據(jù)字節(jié)423TX數(shù)據(jù)字節(jié)524TX數(shù)據(jù)字節(jié)625TX數(shù)據(jù)字節(jié)726TX數(shù)據(jù)字節(jié)827未用28未用標(biāo)準(zhǔn)幀格式CAN地址內(nèi)容16TX幀信息17TX標(biāo)識(shí)碼118TX標(biāo)識(shí)碼219TX標(biāo)識(shí)碼320TX標(biāo)識(shí)碼421TX數(shù)據(jù)字節(jié)122TX數(shù)據(jù)字節(jié)223TX數(shù)據(jù)字節(jié)324TX數(shù)據(jù)字節(jié)425TX數(shù)據(jù)字節(jié)526TX數(shù)據(jù)字節(jié)627TX數(shù)據(jù)字節(jié)728TX數(shù)據(jù)字節(jié)8擴(kuò)展幀格式SJA1000接收緩沖器(FIFO)的布局地址內(nèi)容(標(biāo)準(zhǔn)幀)內(nèi)容(擴(kuò)展幀)16RX幀信息RX幀信息17RX標(biāo)識(shí)碼1R

23、X標(biāo)識(shí)碼118RX標(biāo)識(shí)碼2RX標(biāo)識(shí)碼219RX數(shù)據(jù)字節(jié)1RX標(biāo)識(shí)碼320RX數(shù)據(jù)字節(jié)2RX標(biāo)識(shí)碼421RX數(shù)據(jù)字節(jié)3RX數(shù)據(jù)字節(jié)122RX數(shù)據(jù)字節(jié)4RX數(shù)據(jù)字節(jié)223RX數(shù)據(jù)字節(jié)5RX數(shù)據(jù)字節(jié)324RX數(shù)據(jù)字節(jié)6RX數(shù)據(jù)字節(jié)425RX數(shù)據(jù)字節(jié)7RX數(shù)據(jù)字節(jié)526RX數(shù)據(jù)字節(jié)8RX數(shù)據(jù)字節(jié)627RX數(shù)據(jù)字節(jié)728RX數(shù)據(jù)字節(jié)8SJA1000接收標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文的單濾波器配置標(biāo)識(shí)符數(shù)據(jù)字節(jié)12SJA1000接收擴(kuò)展幀報(bào)文的單濾波器配置29位標(biāo)識(shí)符SJA1000接收標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文的雙濾波器配置SJA1000接收擴(kuò)展幀報(bào)文的雙濾波器配置SJA1000與單片機(jī)典型接口電路5.3.3 CAN收發(fā)器82C250主要特

24、性n符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，最高速率1Mbps；n抗汽車(chē)環(huán)境瞬間干擾，具有保護(hù)總線能力；n斜率控制，降低射頻干擾RFI；n熱保護(hù)以及電源和地短路保護(hù)；n低電流待機(jī)模式；n未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無(wú)影響；n可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)；n工作溫度-40+125。5.3.3 CAN收發(fā)器82C250主要特性n內(nèi)部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電源、地或負(fù)載短路。雖然短路出現(xiàn)時(shí)功耗增加但不至于損壞器件。若結(jié)溫超過(guò)160，則兩個(gè)輸出端電流限將減小，從而限制了芯片溫升。器件的所有其他部分將繼續(xù)工作。雙線差分驅(qū)動(dòng)有助于抑制汽車(chē)等惡劣電器環(huán)境下的瞬變干擾。5.3.3 CAN收發(fā)器82C250nPCA82C250收發(fā)器的

25、典型應(yīng)用如圖。SJA1000的RX和TX分別通過(guò)光電隔離電路連接到82C250，82C250的差動(dòng)收發(fā)端CANH和CANL連接到總線電纜。輸入RS用于模式控制。Vref輸出電壓是0.5Vcc，（Vcc=5V）。CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)5.4 DeviceNet簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 5.4.1 DeviceNet技術(shù)概述 如圖，在Rockwell提出的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，DeviceNet處于最底層，即設(shè)備層。5.4.1 DeviceNet技術(shù)概述工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)底層節(jié)點(diǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單，傳輸數(shù)據(jù)量小，但節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，要求節(jié)點(diǎn)費(fèi)用低。針對(duì)以上通信要求，DeviceNet可以提供：n低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的低成本解決方案；n低端設(shè)

26、備的智能化；n主從以及對(duì)等通信的能力。DeviceNet有兩個(gè)主要用途：n傳送與低端設(shè)備關(guān)聯(lián)的面向控制的信息；1.傳送與被控系統(tǒng)間接關(guān)聯(lián)的其他信息（例如配置參數(shù)）。5.4.1 DeviceNet技術(shù)概述n物理/介質(zhì)特性n主干線分支線結(jié)構(gòu)；n最多支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)；n無(wú)需中斷網(wǎng)絡(luò)即可解除節(jié)點(diǎn)；n同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)供電（傳感器）及自供電（執(zhí)行器）設(shè)備；n使用密封式或開(kāi)放式連接器；n接線錯(cuò)誤保護(hù)；n數(shù)據(jù)波特率可選125、250、500kbps；n標(biāo)準(zhǔn)電源插頭，電源最大容量可達(dá)16A；1.內(nèi)置式過(guò)載保護(hù)。5.4.1 DeviceNet技術(shù)概述n通信特性：n物理信號(hào)及MAC使用CAN；n基于連接概念的協(xié)議，要與設(shè)

27、備交換信息須先與它連接；n典型的請(qǐng)求/響應(yīng)方式，適用于兩個(gè)設(shè)備間多用途的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)報(bào)文傳遞；nI/O數(shù)據(jù)的高效傳輸；n為長(zhǎng)度大于8字節(jié)的報(bào)文提供分段服務(wù)；1.重復(fù)節(jié)點(diǎn)地址（MAC ID）的檢測(cè)。 表5.4.1 DeviceNet的主要技術(shù)特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)大小最多64個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可支持無(wú)限多的I/O網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度端端網(wǎng)絡(luò)距離隨網(wǎng)絡(luò)傳輸速度而變化波特率距離125kb/s500m250kb/s250m500kb/s100m網(wǎng)絡(luò)模型生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型數(shù)據(jù)包08字節(jié)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)線性（干線/支線），總線供電總線尋址點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（或一對(duì)多）；多主站和主從；輪詢或狀態(tài)改變（基于事件）系統(tǒng)特性支持設(shè)備的熱插拔，無(wú)需網(wǎng)絡(luò)斷電5.4.

28、1 DeviceNet技術(shù)概述DeviceNetDeviceNet的通信模式的通信模式在現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域常用的通信模式有兩種：(a) 源/目的模式：(b) 生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式：n源/目（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）通信模式的缺點(diǎn)：n多個(gè)節(jié)點(diǎn)間同步動(dòng)作困難；n浪費(fèi)帶寬，源節(jié)點(diǎn)必須多次發(fā)送給不同節(jié)點(diǎn)。n生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式的特點(diǎn)：n一個(gè)生產(chǎn)者，多個(gè)消費(fèi)者；n數(shù)據(jù)更新在多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)生；1.提供多級(jí)優(yōu)先，適用于實(shí)時(shí)I/O數(shù)據(jù)交換。源節(jié)點(diǎn)地址目的節(jié)點(diǎn)地址數(shù)據(jù)校驗(yàn)標(biāo)識(shí)符數(shù)據(jù)校驗(yàn)5.4.1 DeviceNet技術(shù)概述nDeviceNet的通信模型：5.4.2 DeviceNet的物理層媒體訪問(wèn)單元媒體訪問(wèn)單元包括收發(fā)器、連接器、誤

29、接線保護(hù)電路、穩(wěn)壓器和光隔離器。收發(fā)器可采用市面上的集成CAN收發(fā)器。注意需保證所選符合DeviceNet規(guī)范。5.4.2 DeviceNet的物理層媒體訪問(wèn)單元n誤接線保護(hù)（MWP）電路如圖，要求節(jié)點(diǎn)能承受連接器5根線的各種組合的接線錯(cuò)誤。在U+電壓高達(dá)18V時(shí)不會(huì)造成永久損害。VD1防止U-端子誤接了U+電壓；VT1作為電源線上接入的開(kāi)關(guān)防止U-斷開(kāi)造成損害。5.4.2 DeviceNet的物理層傳輸介質(zhì)n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：典型是干線分支方式，如圖。干線末端必須有終端電阻。線纜包括粗纜（干線）、細(xì)纜（支線）。支線最長(zhǎng)6m，允許連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)。只允許在支線上有分支結(jié)構(gòu)?？偩€線纜中包括24VDC電源線、

30、信號(hào)線及屏蔽線?？偩€支持有源和無(wú)源設(shè)備，對(duì)有源設(shè)備提供專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的光隔離收發(fā)器。5.4.2 DeviceNet的物理層傳輸介質(zhì)n終端電阻：121，1%金屬膜電阻，1/4 W，終端電阻不可包含在節(jié)點(diǎn)中。（如包含很容易錯(cuò)誤導(dǎo)致阻抗太高或太低）n連接器：5針，即1對(duì)信號(hào)線、1對(duì)電源線和1根屏蔽線。包括密封式和非密封式連接器。DeviceNet連接器5.4.2 DeviceNet的物理層傳輸介質(zhì)n設(shè)備分接頭：設(shè)備直接通過(guò)端子或通過(guò)支線連接到網(wǎng)絡(luò)。n電源分接頭：電源分接頭不同于設(shè)備分接頭，它包含 (1)連在電源U+上的肖特基二極管，(2)兩根熔絲或斷路器，防止總線過(guò)電流而損壞電纜和連接器。n干線的額定電流

31、為8A。也允許外部供電的設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器、閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器等）連到總線，但是要有光電隔離。nDeviceNet應(yīng)該一點(diǎn)接地。如果多點(diǎn)接地會(huì)造成接地回路；如果不接地將容易受到靜電以及外部噪聲的影響。5.4.3 DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層nDeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層遵循CAN協(xié)議規(guī)范，并通過(guò)CAN控制芯片實(shí)現(xiàn)。nMAC幀：在CAN定義的4種幀格式（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、超載幀、錯(cuò)誤幀）里面，DeviceNet不使用遠(yuǎn)程幀。n總線仲裁機(jī)制：CSMA/NBA（帶非破壞性逐位仲裁的載波偵聽(tīng)多址訪問(wèn)），即CAN的仲裁機(jī)制n錯(cuò)誤診斷和故障界定機(jī)制：同CAN。5.4.4 DeviceNet的應(yīng)用層5.4.4.

32、1 連接的概念nOSI 7層協(xié)議中連接的概念： 層之間通過(guò)接口提供兩種服務(wù)：面向連接的服務(wù)和無(wú)連接的服務(wù)面向連接：服務(wù)雙方必須先建立可用連接，然后利用該連接完成數(shù)據(jù)傳送，最后還要釋放建立連接時(shí)所需資源。這種服務(wù)典型的例子是有線電話系統(tǒng)。無(wú)連接：要傳遞的數(shù)據(jù)自身攜帶目的地址信息，因而可以有不同的路由選擇。這種服務(wù)的典型例子是郵寄系統(tǒng)。另外，為了增強(qiáng)服務(wù)的性能，可以引入確認(rèn)（acknowledgement）信息，這以犧牲一定的傳輸時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載為代價(jià)。5.4.4.1 連接的概念n計(jì)算機(jī)網(wǎng)中“連接”可以分為不同的層次：n實(shí)際物理媒介連接：典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接n虛電路：通過(guò)路由表、隊(duì)列緩存和相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)。

33、這種連接一般用于通信子網(wǎng)的連接，而在控制網(wǎng)絡(luò)中基本不用。n面向連接的服務(wù)：使用軟件實(shí)現(xiàn)虛擬的連接，與其他任何子層都沒(méi)有關(guān)系。這種連接一般用于應(yīng)用層的連接，通過(guò)一定的技術(shù)措施來(lái)達(dá)到“連接”的效果，給服務(wù)調(diào)用者造成存在“連接”的“錯(cuò)覺(jué)”，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)也許既無(wú)物理連接也無(wú)虛電路連接。(1)DeviceNet是基于“連接”的網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在開(kāi)始通信前必須事先建立連接，這種連接是邏輯上的關(guān)系，并不是物理上實(shí)際存在的。5.4.4.1 連接的概念nDeviceNet 的連接提供了“應(yīng)用”之間的路徑。當(dāng)建立連接時(shí)，與連接相關(guān)的傳送會(huì)被分配一個(gè)連接ID（CID）。如果連接包含雙向交換那么應(yīng)當(dāng)分配兩個(gè)連接ID值。n

34、DeviceNet建立在標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0A協(xié)議之上，并使用11位標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文標(biāo)識(shí)符，可分成4個(gè)單獨(dú)的報(bào)文組如下表：5.4.4.2 DeviceNet的對(duì)象模型連接連接對(duì)象對(duì)象顯式報(bào)文 I/O報(bào)文對(duì)象模型為管理和實(shí)現(xiàn)DeviceNet 產(chǎn)品的屬性（可見(jiàn)特性的描述）、服務(wù)（支持的功能）和行為（如何響應(yīng)特定事件）提供了一個(gè)模板。節(jié)點(diǎn)內(nèi)對(duì)象大體可分為通信對(duì)象和應(yīng)用對(duì)象兩類(lèi)。節(jié)點(diǎn)5.4.4.2 DeviceNet的對(duì)象模型模型為每個(gè)屬性提供了由4 個(gè)數(shù)字組成的尋址方案，它們分別是節(jié)點(diǎn)地址（MAC ID）、對(duì)象類(lèi)標(biāo)識(shí)符、實(shí)例編號(hào)和屬性編號(hào)。這四級(jí)地址與顯式報(bào)文連接相結(jié)合，將數(shù)據(jù)從DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上的一

35、點(diǎn)傳送到另一點(diǎn)。下表列出四個(gè)地址組件的范圍：地 址最 低最 高節(jié)點(diǎn)063類(lèi)165535實(shí)例065535屬性12555.4.4.3 DeviceNet設(shè)備里的對(duì)象類(lèi)n標(biāo)識(shí)對(duì)象類(lèi)標(biāo)識(shí)符=01；一般只包含一個(gè)實(shí)例（1#實(shí)例） ，該實(shí)例的屬性有：供貨商ID、設(shè)備類(lèi)型、產(chǎn)品代碼、版本、狀態(tài)、序列號(hào)、產(chǎn)品名稱(chēng)等。n報(bào)文路由對(duì)象類(lèi)標(biāo)識(shí)符=02；一般只包含一個(gè)實(shí)例（1#實(shí)例），該對(duì)象向其他對(duì)象傳送顯式報(bào)文。該對(duì)象一般不具有外部可視性。nDeviceNet對(duì)象類(lèi)標(biāo)識(shí)符=03；提供了節(jié)點(diǎn)物理連接的配置及狀態(tài)。一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)接口對(duì)應(yīng)一個(gè)DeviceNet對(duì)象。n組合對(duì)象組合多個(gè)應(yīng)用對(duì)象的屬性，便于訪問(wèn)。例如多個(gè)應(yīng)用對(duì)

36、象I/O數(shù)據(jù)的組合。5.4.4.3 DeviceNet設(shè)備里的對(duì)象類(lèi)n連接對(duì)象DeviceNet 產(chǎn)品一般至少包括兩個(gè)連接對(duì)象。每個(gè)連接對(duì)象代表DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上兩節(jié)點(diǎn)間虛擬連接中的一個(gè)端點(diǎn)。兩種連接類(lèi)型分別稱(chēng)為顯式報(bào)文連接和I/O 報(bào)文連接。顯式報(bào)文包括屬性地址、屬性值和服務(wù)代碼來(lái)描述所請(qǐng)求的行為。I/O 報(bào)文只包含數(shù)據(jù)。I/O 報(bào)文中，所有有關(guān)如何處理數(shù)據(jù)的報(bào)文都包含在與該I/O 報(bào)文相關(guān)的連接對(duì)象中。n參數(shù)對(duì)象在帶有可設(shè)置參數(shù)的設(shè)備中要用到參數(shù)對(duì)象。每個(gè)實(shí)例代表一個(gè)參數(shù)，每個(gè)參數(shù)的屬性包括它的值、范圍、文本和限制等。n應(yīng)用對(duì)象通常設(shè)備中至少有一個(gè)應(yīng)用對(duì)象。DN規(guī)范的對(duì)象庫(kù)中有大量

37、的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用對(duì)象。5.4.4.4 DeviceNet的報(bào)文nDeviceNet 應(yīng)用層定義了如何分配標(biāo)識(shí)符，如何用CAN 數(shù)據(jù)區(qū)指定服務(wù)、傳送數(shù)據(jù)。nDeviceNet 使用更為有效的生產(chǎn)者消費(fèi)者模式，取代了傳統(tǒng)的源目的傳輸方法。該模式要求對(duì)信息打包，使它具有數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)區(qū)。標(biāo)識(shí)符還提供仲裁的手段，以便更高效傳送I/O 數(shù)據(jù)，并供多個(gè)消費(fèi)者使用。n擁有數(shù)據(jù)的設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)文，所有需要數(shù)據(jù)的設(shè)備在總線上監(jiān)聽(tīng)報(bào)文，識(shí)別出相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符后就消費(fèi)此數(shù)據(jù)。采用生產(chǎn)者消費(fèi)者模式，報(bào)文將不再專(zhuān)屬于特定的源或目的，例如機(jī)組控制器發(fā)出的一個(gè)報(bào)文，用很窄的帶寬就可以供多個(gè)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器使用。5.4.4.4 DeviceNe

38、t的報(bào)文nDeviceNet 定義了兩種不同類(lèi)型的報(bào)文，稱(chēng)作I/O 報(bào)文和顯式報(bào)文。nI/O I/O 報(bào)文報(bào)文適用于傳輸應(yīng)用和過(guò)程數(shù)據(jù)。I/O數(shù)據(jù)總是從一個(gè)“生產(chǎn)”應(yīng)用傳輸?shù)蕉鄠€(gè)“消費(fèi)”應(yīng)用。nI/O報(bào)文格式的最重要的特性是完全利用了CAN數(shù)據(jù)場(chǎng)來(lái)傳輸過(guò)程數(shù)據(jù)。連接的端點(diǎn)通過(guò)CAN報(bào)文標(biāo)識(shí)符來(lái)識(shí)別過(guò)程數(shù)據(jù)的重要性。每個(gè)I/O報(bào)文使用1個(gè)優(yōu)先級(jí)高的CAN標(biāo)識(shí)符。 nI/O 報(bào)文通過(guò)一點(diǎn)或多點(diǎn)連接進(jìn)行報(bào)文交換。報(bào)文的含義由連接ID（CID，CAN 標(biāo)識(shí)符）指示，建立連接就是預(yù)先規(guī)定該報(bào)文的發(fā)送和接受設(shè)備，包括源和目的對(duì)象的屬性，以及數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和消費(fèi)者的地址。5.4.4.4 DeviceNet的報(bào)文

39、n顯式報(bào)文顯式報(bào)文則適用于兩個(gè)設(shè)備間多用途的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳送，采用典型的請(qǐng)求-響應(yīng)通信方式，常用于節(jié)點(diǎn)的配置、問(wèn)題診斷等。顯式報(bào)文通常使用優(yōu)先級(jí)低的連接標(biāo)識(shí)符。n顯式報(bào)文傳送通過(guò)顯式連接對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)，在設(shè)備中建立顯式連接對(duì)象。顯式報(bào)文請(qǐng)求指明了對(duì)象、實(shí)例和屬性，以及所要調(diào)用的特定分類(lèi)服務(wù)。 n顯式報(bào)文格式最重要的特性是CAN標(biāo)識(shí)符場(chǎng)的任何一部分都不用于顯式報(bào)文傳輸協(xié)議。所有協(xié)議都包含在CAN數(shù)據(jù)場(chǎng)當(dāng)中。CAN標(biāo)識(shí)符場(chǎng)用作連接ID。設(shè)備之間的每個(gè)顯式連接通道需要2個(gè)CAN標(biāo)識(shí)符，一個(gè)用于請(qǐng)求報(bào)文，另一個(gè)用于響應(yīng)報(bào)文。標(biāo)識(shí)符在連接建立時(shí)確定。 5.4.4.4 DeviceNet的報(bào)文nI/O報(bào)文的格式如下

40、：n顯式報(bào)文的格式如下：CAN幀頭應(yīng)用I/O數(shù)據(jù)CAN幀尾CAN幀頭協(xié)議區(qū)&特殊服務(wù)數(shù)據(jù)CAN幀尾08字節(jié)08字節(jié)5.4.4.4 DeviceNet的報(bào)文nDeviceNet 為長(zhǎng)度大于8 字節(jié)的報(bào)文提供了分段服務(wù)。大的I/O 報(bào)文可以分割成為任意多的標(biāo)準(zhǔn)I/O 報(bào)文。顯式報(bào)文也同樣可以進(jìn)行分段。分段服務(wù)為DeviceNet 提供了更多的可擴(kuò)展性和兼容性，保證了將來(lái)更加復(fù)雜、更智能化的設(shè)備可以加入到DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上。在不改變基本協(xié)議和連接模型的基礎(chǔ)上DeviceNet 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)和編址方式使其有相當(dāng)大功能擴(kuò)展余地。n另一方面設(shè)備通信也可以非常簡(jiǎn)單。一個(gè)含兩個(gè)報(bào)文連接的簡(jiǎn)單

41、從機(jī)設(shè)備的應(yīng)用（1 個(gè)I/O 報(bào)文，1 個(gè)顯式報(bào)文），用4K ROM 和175 字節(jié)RAM的CPU （如Motorola 68HC05X4）就可以實(shí)現(xiàn)。5.4.4.4 DeviceNet的報(bào)文n報(bào)文分段服務(wù)如下圖所示：要發(fā)送的報(bào)文重組后的報(bào)文Frag#1Frag#2Frag#3Frag#1Frag#2Frag#3n對(duì)I/O報(bào)文，若連接對(duì)象“長(zhǎng)度”屬性大于8字節(jié)，使用分段協(xié)議。對(duì)顯式報(bào)文，在報(bào)文頭中有一位指出是否分段。5.4.4.4 DeviceNet的報(bào)文字節(jié)偏移 位7 6 5 4 3 2 1 0012 報(bào)文體7字節(jié)偏移 位7 6 5 4 3 2 1 00 分段協(xié)議12 分段報(bào)文體7不分段不分

42、段I/O報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式分段分段I/O報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式分段類(lèi)型 分段計(jì)數(shù)器表明是首段、中間段還是尾段每段加1，循環(huán)計(jì)數(shù)5.4.4.4 DeviceNet的報(bào)文字節(jié)偏移 位7 6 5 4 3 2 1 00 報(bào)文頭12 報(bào)文體7字節(jié)偏移 位7 6 5 4 3 2 1 00 報(bào)文頭1 分段協(xié)議2 分段報(bào)文體7不分段顯式報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式不分段顯式報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式分段顯式報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式分段顯式報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式FragXIDMAC ID1=要分段有效性識(shí)別碼，0、1交替，從站必須照原樣回送R/R服務(wù)代碼服務(wù)特定變量0=請(qǐng)求報(bào)文1=響應(yīng)報(bào)文5.4.4.5 CAN標(biāo)識(shí)符的使用nCID包含報(bào)文

43、組ID、該組中的報(bào)文ID、設(shè)備MAC ID。報(bào)文ID根據(jù)報(bào)文的含義來(lái)分配。 n報(bào)文組1分配了1024個(gè)CAN標(biāo)識(shí)符（000H 3FFH）。該組中每個(gè)設(shè)備最多可擁有16個(gè)不同的報(bào)文。同組報(bào)文的優(yōu)先級(jí)主要由報(bào)文ID決定。2個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)送報(bào)文則報(bào)文ID號(hào)較小的設(shè)備優(yōu)先。報(bào)文組1通常用于 I/O報(bào)文交換應(yīng)用數(shù)據(jù)。 5.4.4.5 CAN標(biāo)識(shí)符的使用n報(bào)文組2分配了512個(gè)標(biāo)識(shí)符（400H5FFH）。該組的大多數(shù)報(bào)文ID可選擇定義為“預(yù)定義主/從連接集”。其中1個(gè)報(bào)文ID定義為網(wǎng)絡(luò)管理。優(yōu)先級(jí)主要由設(shè)備地址（MAC ID）決定，其次由報(bào)文ID決定。如果要考慮各位的具體位置，那么帶8位報(bào)文濾波的CAN控制

44、器可以根據(jù)MAC ID濾出自身的報(bào)文組2報(bào)文。 5.4.4.5 CAN標(biāo)識(shí)符的使用n報(bào)文組3分配了448個(gè)標(biāo)識(shí)符（600H7BFH），具有與報(bào)文組1相似的結(jié)構(gòu)。與報(bào)文組1不同的是，它主要交換低優(yōu)先級(jí)的過(guò)程數(shù)據(jù)。此外，該組的主要用途是建立動(dòng)態(tài)的顯式連接。每個(gè)設(shè)備可有7個(gè)不同的報(bào)文，其中2個(gè)報(bào)文保留作未連接報(bào)文管理器端口（UCMMPort）。5.4.4.5 CAN標(biāo)識(shí)符的使用n報(bào)文組4分配了分配了48個(gè)CAN標(biāo)識(shí)符（7C0H7EFH），不包含任何設(shè)備地址，只有報(bào)文ID。該組的報(bào)文只用于網(wǎng)絡(luò)管理。通常分配4個(gè)報(bào)文ID用于“離線連接集”，該集報(bào)文ID為2C2F，用于通信故障的恢復(fù)。 n其它16個(gè)CAN

45、標(biāo)識(shí)符（7F0H7FFH）在DeviceNet中被禁止。5.4.4.6 DeviceNet連接的建立n只有當(dāng)對(duì)象之間已建立一個(gè)連接時(shí)，才能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報(bào)文傳送。DeviceNet規(guī)定了兩種類(lèi)型連接： nI/O 連接在一個(gè)生產(chǎn)應(yīng)用及一個(gè)或多個(gè)消費(fèi)應(yīng)用之間提供了專(zhuān)用的，具有特殊用途的通訊路徑。特定的應(yīng)用和過(guò)程數(shù)據(jù)通過(guò)這些路徑傳輸； n顯式報(bào)文連接在兩個(gè)設(shè)備之間提供了一個(gè)通用的、多用途的通訊路徑。顯式報(bào)文連接提供典型的面向請(qǐng)求/響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通訊方式。 5.4.4.6 DeviceNet連接的建立nDeviceNet節(jié)點(diǎn)在開(kāi)機(jī)后能夠立即尋址的唯一端口是“非連接信息管理器端口”（UCMM端口）和預(yù)定義主/

46、從連接組的“Group2非連接顯式請(qǐng)求端口”。當(dāng)通過(guò)UCMM端口或者Group2非連接顯式請(qǐng)求端口建立一個(gè)顯式報(bào)文連接后，這個(gè)連接可用于從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向其它節(jié)點(diǎn)傳送信息，或建立I/O信息連接。一旦建立了I/O信息連接，就可以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間傳送I/O數(shù)據(jù)。 n通過(guò)UCMM端口可以動(dòng)態(tài)的建立顯式信息連接。一個(gè)支持預(yù)定義主/從連接組，并且具有UCMM功能的設(shè)備稱(chēng)為Group 2服務(wù)器。一個(gè)Group 2服務(wù)器可被一個(gè)或多個(gè)客戶機(jī)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)連接進(jìn)行尋址。 5.4.4.7 預(yù)定義的主從連接組nDeviceNet 應(yīng)用層協(xié)議功能很強(qiáng)，設(shè)備間的連接允許動(dòng)態(tài)配置。但考慮到有些設(shè)備根本不需要也沒(méi)有資源去使用這一

47、強(qiáng)大功能，DeviceNet 指定了一套稱(chēng)為預(yù)定義主/從連接組的CID，用來(lái)簡(jiǎn)化主/從結(jié)構(gòu)中I/O 數(shù)據(jù)的傳送。n許多設(shè)備要實(shí)現(xiàn)的功能在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)預(yù)先決定了（如感受壓力、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)等等），因此這些設(shè)備將要生產(chǎn)或消費(fèi)的數(shù)據(jù)的類(lèi)型和數(shù)量在通電前就已經(jīng)知道了。這些設(shè)備通常提供輸入數(shù)據(jù)或請(qǐng)求輸出數(shù)據(jù)和配置數(shù)據(jù)。預(yù)定義主/從連接組可以滿足設(shè)備的這些要求。5.4.4.7 預(yù)定義的主從連接組n預(yù)定義主/從連接組用于簡(jiǎn)單而快速地建立一個(gè)連接。當(dāng)使用預(yù)定義的主/從連接組時(shí)，客戶機(jī)（主站）和服務(wù)器（從站）之間只允許存在一個(gè)顯式連接。由于在預(yù)定義主/從連接組定義內(nèi)已省略了創(chuàng)建和配置應(yīng)用與應(yīng)用之間連接的許多步驟，可

48、以使用較少的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備資源來(lái)實(shí)現(xiàn)DeviceNet通訊。 5.4.4.7 預(yù)定義的主從連接組n不具有UCMM功能，只支持預(yù)定義主/從連接組的從設(shè)備，被稱(chēng)為DeviceNet中的僅限Group 2服務(wù)器。只有分配它的主站才可以尋址僅限Group 2的服務(wù)器。僅限Group 2的設(shè)備能夠接收的所有報(bào)文都在報(bào)文組2中被定義。支持預(yù)定義主/從連接組對(duì)設(shè)備制造商來(lái)說(shuō)代表了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的方案。 n絕大多數(shù)現(xiàn)有的DeviceNet設(shè)備都是基于預(yù)定義的主/從連接組，因?yàn)檫@在終端設(shè)備上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。 5.4.4.7 I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式nDeviceNet支持的I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式有：位選通、輪詢、狀態(tài)改變、循

49、環(huán)。1.位選通：主站發(fā)出位選通命令報(bào)文，其中數(shù)據(jù)域的64個(gè)位對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上64個(gè)可能的節(jié)點(diǎn)，位=1的時(shí)候表示要求該節(jié)點(diǎn)發(fā)送I/O數(shù)據(jù)（最大8Byte）。5.4.4.7 I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式n輪詢：位選通方式只能傳送少量I/O數(shù)據(jù)，而輪詢命令和響應(yīng)報(bào)文則可在主從站之間傳送任意數(shù)量的數(shù)據(jù)（分段或不分段）。輪詢命令是主站發(fā)往從站的命令和輸出數(shù)據(jù)，響應(yīng)是從站的回答（輸入數(shù)據(jù)）。n循環(huán)：適用于一些模擬設(shè)備，可以根據(jù)設(shè)備信號(hào)產(chǎn)生的快慢靈活設(shè)定循環(huán)數(shù)據(jù)交換的時(shí)間間隔。這樣就可以降低不必要的通信流和包處理，可以為改變更快的、對(duì)實(shí)時(shí)性要求更嚴(yán)格的I/O 數(shù)據(jù)保留帶寬。例如，在慢速PID 回路中的溫度傳感器可以將周期設(shè)

50、置為500ms，而主機(jī)可能是每30ms 掃描一次所有的設(shè)備。5.4.4.7 I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式n狀態(tài)改變：此方式用于離散的設(shè)備，使用事件觸發(fā)的方式，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，才發(fā)生通信，而不是由主設(shè)備不斷地查詢。為了確保消費(fèi)數(shù)據(jù)的設(shè)備知道數(shù)據(jù)生產(chǎn)者仍處于活動(dòng)狀態(tài)，DeviceNet 提供一個(gè)間隔可調(diào)節(jié)的背景心跳。當(dāng)狀態(tài)改變或心跳計(jì)時(shí)器超時(shí)時(shí)就發(fā)送數(shù)據(jù)。該服務(wù)保證連接的有效性，通知數(shù)據(jù)消費(fèi)者它的數(shù)據(jù)源設(shè)有任何故障。這樣控制器就不必再定期發(fā)送僅僅是確定設(shè)備是否活動(dòng)的請(qǐng)求。在多點(diǎn)傳送時(shí)這種方式比較有效。5.4.4.8 重復(fù)MAC ID檢測(cè)nDeviceNet的每一個(gè)物理連接必須被賦予一個(gè)唯一的MAC ID，不可重復(fù)。由于MAC ID可能是人工設(shè)置的（比如撥碼開(kāi)關(guān)），所以MAC ID重復(fù)的錯(cuò)誤是不能完全避免的。nDeviceNet的重復(fù)MAC ID檢測(cè)機(jī)制可以檢測(cè)重復(fù)MAC ID錯(cuò)誤的發(fā)生。n“重復(fù)MAC ID請(qǐng)求”報(bào)文包括本設(shè)備擬用的MAC ID、