網(wǎng)絡(luò)管理 - CAN總線和基于CAN總線的高層協(xié)議

　　由于應(yīng)用是分布的,所以必須處理某些事件,如應(yīng)用部件的故障或節(jié)點的故障,如果同一應(yīng)用還沒有被分配,則這些事件就不會出現(xiàn)。因此,對于一個正確的網(wǎng)絡(luò)管理,其主要任務(wù)是檢測和顯示網(wǎng)絡(luò)中的錯誤,并通過服務(wù)以一協(xié)調(diào)的方式控制分布節(jié)點的通訊。狀態(tài)取決于系統(tǒng)的解決方案,網(wǎng)絡(luò)的功能性可以通過顯式網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)施提供,或通過其他方法提供。

　　CAN網(wǎng)絡(luò)的錯誤檢測包括位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤和應(yīng)答錯誤,每當(dāng)檢測到一個錯誤該節(jié)點的錯誤計數(shù)器就加1,當(dāng)節(jié)點的錯誤計數(shù)器大于或等于256時,節(jié)點進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)。

　　CANopen 網(wǎng)絡(luò)管理基于CAL NMT(Network ManagemenT)服務(wù)元素,這些元素應(yīng)用了“節(jié)點保護(hù)”原則來檢測節(jié)點故障。為了這個目的,一個NMT主機(jī)通過一個遠(yuǎn)程請求幀對網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點 NMT從機(jī)循環(huán)發(fā)送一個保護(hù)請求。被訪問的從機(jī)用它的實際通訊狀態(tài)響應(yīng)每個請求。如果NMT主機(jī)檢測到節(jié)點狀態(tài)改變或被訪問的節(jié)點沒有響應(yīng),就會有一個保護(hù)錯誤告示NMT主機(jī)應(yīng)用。當(dāng)節(jié)點連接到網(wǎng)絡(luò)上后,節(jié)點保護(hù)就啟動。每一個節(jié)點也監(jiān)督到達(dá)節(jié)點的保護(hù)請求信息。節(jié)點的“生存時間”過期后如果沒有進(jìn)一步的保護(hù)請求信息,則此節(jié)點的應(yīng)用被告之有網(wǎng)絡(luò)錯誤。

　　根據(jù)面向連接的設(shè)計,DeviceNet中的每個連接都受到監(jiān)控。因此,根據(jù)配置的期望信息包速率(expected packet rate),每個接收的連接端點都有靜止看門狗定時器(Inactivity/Watchdog-Timer),用于監(jiān)控到達(dá)節(jié)點的信息。如果定時器溢出,連接就會執(zhí)行專有的超時行動。在接收到創(chuàng)建服務(wù)(Create Service)顯式信息后,可以通過使用專有的顯式信息服務(wù)的順序來配置連接,并且,要在整個連接完成了配置以后才允許連接。在訪問每個 DeviceNet節(jié)點之前,每個節(jié)點必須重復(fù)執(zhí)行MAC ID檢查,使用這個特殊的協(xié)議順序,可以確保設(shè)備MAC ID的唯一性。所有的DeviceNet模塊都要求參與這個MAC ID的檢測算法。

　　2.5 設(shè)備建模和設(shè)備子協(xié)議

　　除了標(biāo)準(zhǔn)的通訊外, 還要求相似設(shè)備在開放式自動化系統(tǒng)中應(yīng)具有額外的互用性和可交換性。CAN協(xié)議各個廠商間的設(shè)備功能可交換性較差DeviceNet和CANopen在這方面改進(jìn)了很多。DeviceNet和CANopen以設(shè)備模型的形式描述網(wǎng)絡(luò)上所看見的設(shè)備的功能性。為了提高相似設(shè)備的可交換性,DeviceNet 和CANopen規(guī)定了工業(yè)自動化中主要設(shè)備類型的設(shè)備子協(xié)議,以確保不同廠家器件的相同基本標(biāo)準(zhǔn)行為。除了設(shè)備的功能性描述外,設(shè)備模型還提供關(guān)于設(shè)備的身份特點、版本號、狀態(tài)診斷信息、通訊設(shè)施和配置參數(shù)的描述。

　　DeviceNet的節(jié)點模型包括了幾個對象,其中一些是由DeviceNet要求的,其他則是由產(chǎn)品的應(yīng)用功能要求的。對象提供有關(guān)于設(shè)備中特殊部件的描繪和相關(guān)的數(shù)據(jù)屬性以及數(shù)據(jù)的過程服務(wù)的描繪。DeviceNet中的對象訪問是基于一個具有等級劃分的訪問方案,對象訪問包括媒體訪問控制標(biāo)識符、類型標(biāo)識符、實例標(biāo)示符以及屬性標(biāo)識符。媒體訪問控制標(biāo)識符用以將一個節(jié)點從同一網(wǎng)絡(luò)中的所有其他節(jié)點中區(qū)分開來,類型標(biāo)識符用以識別對象類型,實例標(biāo)示符用以在相同類型的所有實例中識別一個實例,屬性標(biāo)示符用以識別一個類型或?qū)嵗锏膶傩浴?/p>

　　DeviceNet的設(shè)備子協(xié)議(Device Profile) 包含三方面的信息:設(shè)備類型的對象模型、設(shè)備類型的I/O數(shù)據(jù)格式以及配置數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的公共接口。一個設(shè)備可能包含高達(dá)32個嵌入對象,而且這些對象都是總線可尋址的實體。根據(jù)嵌入對象的級別可以確定屬性、行為和事件。

　　CANopen通過對象目錄描述對象設(shè)備的功能性。目錄項是由一個16位索引和一個8位子索引號碼識別,數(shù)據(jù)和參數(shù)的功能被規(guī)定其中。除了用于定義數(shù)據(jù)類型的區(qū)段外,還有3個主要的區(qū)段,分別是:通訊子協(xié)議區(qū)段、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備子協(xié)議區(qū)段和廠商細(xì)節(jié)區(qū)段。通訊子協(xié)議區(qū)段信息對于任何CANopen設(shè)備類型都是一致的,并包含與信息、參數(shù)和功能相關(guān)的設(shè)備。這些信息參數(shù)和功能又與設(shè)備的鑒別、錯誤管理、包括將應(yīng)用對象映射到過程數(shù)據(jù)對象的設(shè)備通訊信道的定義有關(guān)。CANopen設(shè)備子協(xié)議區(qū)段為特殊類別的基本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的功能性提供了一個接口,其中有些條目是強制的,有些是可選的。強制的、共有的條目要確保設(shè)備在一個定義的基本方式中運轉(zhuǎn)。主要工業(yè)設(shè)備不同的設(shè)備子協(xié)議用以提高設(shè)備的可交換性。廠商特殊的或不標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的功能性可以通過廠商特殊子協(xié)議區(qū)段進(jìn)行提供。

　　3 結(jié)束語

　　文章通過對CAN、DeviceNet、CANopen在五方面的比較,使CAN總線用戶更深入的了解這幾種總線。這幾種協(xié)議最明顯的不同是信息標(biāo)識符的使用。DeviceNet基于面向連接的觀點,CANopen基于面向信息的觀點。DeviceNet、CANopen協(xié)議和 CAN協(xié)議構(gòu)成了一個完整的協(xié)議體系CAN總線因其具備其獨特的設(shè)計思想、優(yōu)良的性能和高可靠性在汽車、醫(yī)學(xué)、機(jī)器人等領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用,而CAN的高層協(xié)議DeviceNet、CANopen滿足了不同產(chǎn)品的兼容和互操作性,使得CAN總線的功能更加的豐富和適應(yīng)更加復(fù)雜的應(yīng)用,進(jìn)一步推進(jìn)了CAN總線在工業(yè)領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。