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如何構(gòu)建專屬自己的CAN-bus應用層協(xié)議

   2017年05月10日 11:53  
  隨著CAN-bus相關(guān)芯片價格的下降,內(nèi)置CAN控制器MCU的增多,CAN-bus當前已經(jīng)進入了眾多早期由于成本問題無法使用的領(lǐng)域,成為生命力的現(xiàn)場總線,今天我們就來探討如何構(gòu)建專屬自己的CAN-bus應用層協(xié)議。
 
  在CAN-bus網(wǎng)絡(luò)上,CAN報文以廣播的形式發(fā)送,CAN報文不包含地址信息,是否處理接收到的CAN報文由接收點的軟件確定。CAN-bus只提供可靠的報文傳輸服務,CAN報文的使用由應用者定義, 所以CAN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點要相互通信就必須制定一個統(tǒng)一的規(guī)則。CAN應用層協(xié)議就是這樣一個規(guī)則。
 
  這個規(guī)則,定義了CAN報文中幀ID及幀數(shù)據(jù)的使用方式,如將幀ID定義為需要處理該幀數(shù)據(jù)的CAN節(jié)點地址等。根據(jù)應用場合的不同,上出現(xiàn)了多種CAN應用層協(xié)議,常見的CAN-bus應用層協(xié)議如下:
 

 
圖1
 
  接下來,我們看一下如何構(gòu)建CAN-bus應用層協(xié)議
 
  構(gòu)建一個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò),需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有:
 
  總線傳輸信息的速度、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點容量等;
 
  高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸;
 
  zui大傳輸距離時延時大小的確定;
 
  網(wǎng)絡(luò)的容錯技術(shù);
 
  網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能。
 
  要解決以上問題,需要充分考慮現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)所采用的總線類型,因為以上問題和總線的性能特點是密切相關(guān)的,那么我們就看一下CAN-bus總線的上述特性:
 
  CAN-bus網(wǎng)絡(luò)傳輸速度zui高可達1Mbps,并采用無損仲裁,通過報文標識符指示報文優(yōu)先級;
 
  CAN-bus采用差分信號傳輸,并采用可靠的數(shù)據(jù)校驗和錯誤檢測機制;
 
  CAN-bus采用幀傳輸,每個報文允許傳輸zui多8個字節(jié),幀結(jié)構(gòu)有嚴格規(guī)定,能夠確定zui大傳輸延時;
 
  CAN-bus具有可靠的錯誤機制和檢測機制,發(fā)送的信息遭到破壞后可以重新發(fā)送;節(jié)點在錯誤嚴重的情況下,具有自動退出總線的功能;
 
  可以通過制定嚴禁的CAN-bus應用層協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和診斷。
 
  CAN報文的分配
 
  包含報文標識符的分配和報文數(shù)據(jù)的分配,報文格式的定義,實質(zhì)是將CAN報文的分配規(guī)則進行詳細的描述。
 
  報文ID的定義:
 
  CAN2.0A幀:11位ID
 
  CAN2.0B幀,29位ID
 
  報文數(shù)據(jù)的定義:每幀報文zui多包含8字節(jié)數(shù)據(jù)
 
  CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)
 
  在CAN網(wǎng)絡(luò)中,通過報文的標識符進行信息的區(qū)分,因此通過報文的各種標識符分配來達到建立信息鏈接的目的。
 

 
圖2 命令/響應模式通信
 
  CAN應用層協(xié)議:面向節(jié)點和面向報文的協(xié)議
 
  數(shù)據(jù)通信協(xié)議基本上可以劃分為“面向節(jié)點的協(xié)議”和“面向報文的協(xié)議”兩種類型,如下圖:
 

 
圖3:面向節(jié)點和面向報文的數(shù)據(jù)通信
 
  制定一個CAN應用層協(xié)議
 
  為了給讀者演示CAN應用層協(xié)議的開發(fā)和使用方法,下面定義一個簡單的CAN應用協(xié)議棧,該協(xié)議棧中只用到CAN標準幀中的數(shù)據(jù)幀,幀ID中的11個位的分配和使用方法如下表所列,協(xié)議中另外還定義了功能參數(shù)長度變量FunDataLen的功能參數(shù)數(shù)組FunData,該數(shù)組在需要時可以為某些特定功能函數(shù)提供足夠的控制參數(shù)。
 

 
圖4

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