CANopen網絡管理與特殊協議解刨
發布時間：2015-12-7 15:16
發布者：designapp
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摘要：人們使用CAN取代RS485，主要是看重其可以突發發送的實時性優勢，而在多節點、長距離應用中，如果沒有做好優化，CAN總線和RS485比起來并無優勢，那要如何讓CAN通訊完勝我們的傳統通信呢?讓CANOpen來給你答案。 在CANopen創立之初，即使在CAN總線應用最廣泛的汽車電子行業，網絡中的CAN節點數量和需要通訊的信息都是比較少的。人們使用CAN取代RS485，主要是看重其可以突發發送的實時性優勢，而在多節點、長距離應用中，CAN總線和RS485比起來并無優勢，比如同樣的波特率下，CAN的通信距離只能達到RS485的0.6-0.8倍，而多節點通信CAN無法進行任意的突發發送，不得不遵循RS485那樣的輪詢通信機制，否則會導致擁堵，如圖 1所示。就像這個十字路口的汽車，如果車只有10輛，即使沒有交通燈，根本不會擁堵。而如果有100輛，如果任意行駛，就會發生嚴重擁堵。 圖 1 CAN的突發優勢和多節點擁堵 CANopen的創始人是非常了解CAN總線這個特征，所以在設計CANopen時，對其定義為小網絡、控制信號的實時通訊： 報文傳輸采用CAN標準幀格式。即11bit的ID域，以盡量減小傳輸時間; 網絡控制報文均采用數據最小字節數。比如心跳報文，只有1個字節數據; 實時更新的過程數據無需接收方報文應答。即采用生產消費模型，降低總線負載; 需要接收方確認的配置參數一般都是采用快速單字傳輸。即1個報文最多傳送1個32字節的參數變量，避免了分幀引起的實時性降低。 以上這些定義都是為了節約時間開銷，最大限度保證實時性。同時為了減小簡單網絡的組態工作量，CANopen定義了強制性的缺省標識符(CAN幀ID)分配表，以減少使用者與維護者的學習時間，快速上手。 網絡管理(NMT)與特殊協議(Special protocols)報文ID分類 雖然CANopen的通訊發揮了CAN的特色，所有節點通信地位平等，運行時允許自行發送報文，但CANopen網絡為了穩定可靠可控，都需要設置一個網絡管理主機NMT-Master(Network Management-Master)，就像一個交響樂團的指揮家，所有節點的啟動、停止都是有他進行指揮，如圖 2所示。 圖 2 NMT-Master就像交響樂指揮家 NMT主機一般是CANopen網絡中具備監控的PLC或者PC(當然也可以是一般的功能節點)，所以也成為CANopen主站。相對應的其他CANopen節點就是NMT從機(NMT-slaves)。 NMT主機和NMT從機之間通訊的報文就稱為NMT網絡管理報文。管理報文負責層管理、網絡管理和ID分配服務。例如，初始化、配置和網絡管理(其中包括節點保護)。網絡管理中，同一個網絡中只允許有一個主節點、一個或多個從節點，并遵循主從模式。 另外，為了協調各個節點的同步、心跳、時間、錯誤提示等通訊控制，CANopen還定義了一系列特殊協議(Special protocols)報文。如表 1所示，為CANopen預定義報文(Pre-defined CAN-IDs)的NMT報文和特殊協議報文。 表 1 NMT與特殊協議的CAN-ID定義 CAN-ID就是這類報文的COB-ID，其中讀者必須需要記住的是綠色底紋的這些常用的CAN-ID含義，在研發和應用CANopen中，這三類是最為常用的NMT與特殊協議報文。 USBCAN-E-P與PCI-5010-P主站卡可為PC機拓展出CANOpen通訊接口，實現CANOpen協議的數據通信。作為CANOpen網絡的管理者，實現全部的CANOpen網絡管理(NMT)功能。 |
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