CAN协议及其高层协议DeviceNet和CANopen的比较

控制器局

部网的那一刻开始，

CAN

已经走过

20

多年 的历史。

1992

年，

Mercede s(

奔驰

)

在他们的高级客车

中使用

CAN

技术，

相 继

Volvo

、

Volkswagen

、

BMW

等几十家公司都在各自的汽 车上应用

CAN

技术。

今天，

在欧洲几乎每一辆新客车均装有

CAN

控制器局 部网。

CAN

技术近年在我国发展也比较迅猛，

国内的高级客车也都开始应用

CAN

技术。

CAN

的协议在应用过程中，

< br>用户层直接访问数据链接层，

每个厂商提供的数据调用方式各不相同，

CAN

的标准没有规定应用层的相关信息，

因此，

CAN

设备的兼容性和互换性不是很 规范。

而且，

随着应用领域的扩展，

C AN

协议在实际工业控制应用过程中，即使执行一些简单的分布式网络，

除了标准中的物理层和数据链接层外，客户还要求有更多的功能，如发送长于

8

字节的数据块、

响应和确定数据传送、标识符分配、网络节点的 状态等。

如果这些功能正确执行，通信和应用过

程的界线就十分 清晰，

将明显提高各个厂商之间的设备互换性和兼容性。

鉴于这 些原因，

产生了

一些针对不同的目的和要求的基于

CAN

协议的较高层协议标准。

下面就对

协议及其较高层协

议

DeviceNet

和

CANopen

进行一些比较。

2

三种协议的比较项目

?

CAN(Controller Area Network)1993

年形成了

CAN

总线国际标准，

2003

年又进行了修

订，是

BOSCH

公司为改进汽车内部电器线路 开发的一种总线。

CAN

协议的实现简单，成

< br>本低，可靠性高，抗干扰能力强。

?

DeviceNet

在美国市场占有率比较高，

它是由美国

Rockwe ll

公司在

CAN

的基础上推出的

一种低成本的通信链接，它使用抽象的对象模型，其协议和规范都是开放的，用户将设

备连接到系统时无需购买硬件、软件和许可权。

?

CANopen

是由

CiA(CAN

in

Aoutmation)

成员编制，主要盛行于欧洲，它在通讯和系统服

务以及网络管理方面使用了

CAL(CAN

Application

Layer)

子集，设备建模是借助于对象

目录而基于设备功能性的描述，

标准设备以设备子协议的形式规定。

CANopen

标准由

CiA

同行机构集团支持，设备子协议由

C iA

中专门的同行机构制定。

本文就以下项目对三种协议进行比较。

1.

信息标识符的分配

;

2.

数据交换的方法

;

3.

建立信息连接的方法

;

4.

网络管理

;

5.

设备建模和子协议。

2.1

信息标识符的分配

由于< /p>

CAN

采用非破坏性的仲裁方法，因此，标识符决定了块信息传送 的优先权和

信息等待时间，

信息标识符的分配的方法被认为是< /p>

CAN

系统的主要结构元素，

它同时也影 响了信

息滤波和标识符的使用效率问题。

由于标 识符分配的方法不同，不同的协议在解决方案已把不同的原则考虑进去。

CAN

基本协议和

DeviceNet

的标识符采用预 定义的方式，

不同的是在

CAN

协议 中节点标识符在设

计时被确定后就不能动态更改，

而

每个节点预定义多个标识符，

不同的功能标识符优

先级不同。

在

CA Nopen

协议中，

除了预定义了一些用于管理的标识符外，< /p>

其它标识符统一组成一

个通用的标识符库，

用户可根据设备的需要进行手动或者自动分配所有的设备标识符。

这样的分

表

1

De viceNet

关于

CAN

标识符的使 用分配

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< /p>

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，

由于采用了基本

CA N

类型的控制器，

信息滤波的潜能受到限制，

< br>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

通过改变状态循环触

发或通过应用触发< /p>

)

，

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< /p>

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(C AN-based Message

Specification)

< br>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(Net work

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

1

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、

< br>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