計(jì)算機(jī)控制現(xiàn)場(chǎng)總線

現(xiàn)場(chǎng)總線原理與應(yīng)用

北方工業(yè)大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線及自動(dòng)化北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董哲1.1.1CAN的發(fā)展概況20世紀(jì)80年代，Bosch的工程人員開始研究用于汽車的串行總線系統(tǒng)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還沒有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能完全滿足汽車工程的要求。參加研究的還有Mercedes-Benz公司、Intel公司，還有德國兩所大學(xué)的教授。1986年，Bosch在SAE（汽車工程人員協(xié)會(huì)）大會(huì)上提出了CAN1987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。1993年，CAN的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898公布從此CAN協(xié)議被廣泛的用于各類自動(dòng)化控制領(lǐng)域。1.1.1CAN的發(fā)展概況基于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）。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。購買者將得到無限制的、真正免費(fèi)的開發(fā)DeviceNet產(chǎn)品的授權(quán)。DviceNet自2002年被確立為中國國家標(biāo)準(zhǔn)以來，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。1.1.2CAN的性能特點(diǎn)有專門的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898。任一節(jié)點(diǎn)可在任一時(shí)刻主動(dòng)發(fā)送。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。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。通過對(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。速率最高可達(dá)1Mbps，最遠(yuǎn)可達(dá)10km節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)，標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制1.1.2CAN的性能特點(diǎn)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。通信介質(zhì)選擇靈活（雙絞線、同軸電纜或光纖）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。性價(jià)比高，器件容易購置，節(jié)點(diǎn)價(jià)格低。開發(fā)技術(shù)容易掌握，能充分利用現(xiàn)有的單片機(jī)開發(fā)工具。1.2CAN技術(shù)規(guī)范1991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。2.0A給出了CAN報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)格式2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式1993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。2.0B完全兼容2.0A。所以我們介紹2.0B。1.2.1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)訪問控制子層MAC

數(shù)據(jù)包裝/解包幀編碼介質(zhì)訪問管理錯(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1.2.2位數(shù)值表示和通信距離“顯性”位0和“隱性”位1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”

。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m130033006700100001.2.3總線仲裁仲裁當(dāng)總線開放時(shí)任何單元均可開始發(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)值最小的競爭者將贏得仲裁。1.2.3基本概念——標(biāo)識(shí)符的逐位仲裁顯性隱性失去仲裁節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2線上可見1.2.4報(bào)文傳送及其幀結(jié)構(gòu)

1.2.4.1幀格式和幀類型標(biāo)準(zhǔn)幀

11位標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展幀

29位標(biāo)識(shí)符幀類型數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀和過載幀編碼規(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1.2.4.2數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的場(chǎng)組成。數(shù)據(jù)場(chǎng)長度可為0CAN2.0B存在標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展兩種幀格式為了設(shè)計(jì)簡單，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)展格式標(biāo)準(zhǔn)格式擴(kuò)展格式仲裁場(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r1r0SRR數(shù)據(jù)幀的標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式幀起始（SOF）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）。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SRR是隱性位，它用于替代標(biāo)準(zhǔn)格式的RTR位。IDE=1（隱性）代表擴(kuò)展格式。IDE位在擴(kuò)展格式中位于仲裁場(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)展格式控制場(chǎng)由6個(gè)位組成數(shù)據(jù)長度碼DLC3~DLC0指示數(shù)據(jù)場(chǎng)的字節(jié)數(shù)，0~8，其他數(shù)值不允許使用。保留位r1和r0必須為0，IDE(標(biāo)準(zhǔn)格式)=0數(shù)據(jù)場(chǎng)：0~8個(gè)字節(jié)，8位/字節(jié)，MSB先發(fā)CRC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。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)文的接收器發(fā)一個(gè)顯位。應(yīng)答界定符為隱位(1)。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)幀遠(yuǎn)程幀的RTR位是隱性的，它沒有數(shù)據(jù)場(chǎng)，所以數(shù)據(jù)長度碼沒有意義。1.2.4.4錯(cuò)誤幀錯(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。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）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，這樣一來所有其他站都會(huì)檢測(cè)到錯(cuò)誤條件并開始發(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載幀錯(cuò)誤幀數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤標(biāo)志1.2.4.4錯(cuò)誤幀檢測(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。1.2.4.5過載幀過載幀包括兩個(gè)場(chǎng)：過載標(biāo)志（6個(gè)顯位及其疊加）和過載界定符（8個(gè)隱位）導(dǎo)致發(fā)送過載標(biāo)志的條件：①接收器內(nèi)部要求延遲下一個(gè)數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，②在間歇場(chǎng)第一或第二位檢測(cè)到一個(gè)顯性位過載標(biāo)志的形式與主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志一樣一個(gè)站發(fā)出過載標(biāo)志，其他站都將檢測(cè)到過載條件并發(fā)出過載標(biāo)志。過載界定符的形式與錯(cuò)誤界定符一樣。過載標(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。過載標(biāo)志的重疊過載界定符幀間空間或過載幀過載幀幀結(jié)束或錯(cuò)誤界定符或過載界定符過載標(biāo)志1.2.4.6幀間空間對(duì)于數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，無論它前面是什么幀，都用幀間空間來分開；但是對(duì)于過載幀或錯(cuò)誤幀，沒有幀間空間與前面幀分開間歇場(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?？偩€空閑周期可為任意長度。此時(shí)，總線是開放的，任何站可隨時(shí)發(fā)送。間歇場(chǎng)總線空閑幀幀間空間幀1.2.5錯(cuò)誤類型和界定5種錯(cuò)誤類型：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。CRC錯(cuò)誤：計(jì)算結(jié)果與收到的CRC不同形式錯(cuò)誤：固定形式的位場(chǎng)中出現(xiàn)非法位應(yīng)答錯(cuò)誤：在應(yīng)答間隙，發(fā)送器未檢測(cè)到顯位1.2.5錯(cuò)誤類型和界定檢測(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。節(jié)點(diǎn)的3種故障狀態(tài)：①錯(cuò)誤主動(dòng)，②錯(cuò)誤被動(dòng)，③總線關(guān)閉正常情況下節(jié)點(diǎn)是“錯(cuò)誤主動(dòng)”站，此類站檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志出現(xiàn)錯(cuò)誤較多的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)為“錯(cuò)誤被動(dòng)”站，此類站檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)只能發(fā)被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志出現(xiàn)太多錯(cuò)誤時(shí)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)為“總線關(guān)閉”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）1.2.5錯(cuò)誤類型和界定為了界定故障，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)：接收器檢出錯(cuò)誤時(shí)，接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器加1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8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8送出一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志或過載標(biāo)志時(shí)檢測(cè)到位錯(cuò)誤，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器加8報(bào)文成功發(fā)送后發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器減11.2.5錯(cuò)誤類型和界定報(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)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)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)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)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01.3CAN控制器和CAN收發(fā)器簡介

1.3.1CAN控制器的作用完成CAN規(guī)范所規(guī)定的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層大部分功能有微處理器接口，易于連接單片機(jī)結(jié)構(gòu)分兩種類型，獨(dú)立IC或與單片機(jī)集成在一起，SJA1000屬于前者屬于后者的有：PHILIPS的87C591、LPC2119，西門子的C167C，INTEL的80C196CA等都遵循CAN2.0規(guī)范，掌握其中一種就可觸類旁通1.3.2CAN控制器SJA1000主要特性28引腳，可與INTEL系列或MOTOROLA系列微處理器接口支持CAN2.0A和CAN2.0B規(guī)范支持11位和29位標(biāo)識(shí)符64字節(jié)先進(jìn)先出(FIFO)接收緩沖器通信速率最高1MbpsCAN輸出驅(qū)動(dòng)器可配置工作溫度-40~125℃

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1RX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)1~2SJA1000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1.3.3CAN收發(fā)器82C250主要特性符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，最高速率1Mbps；抗汽車環(huán)境瞬間干擾，具有保護(hù)總線能力；斜率控制，降低射頻干擾RFI；熱保護(hù)以及電源和地短路保護(hù)；低電流待機(jī)模式；未上電的節(jié)點(diǎn)對(duì)總線無影響；可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn)；工作溫度-40～+125℃。1.3.3CAN收發(fā)器82C250主要特性內(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)有助于抑制汽車等惡劣電器環(huán)境下的瞬變干擾。1.3.3CAN收發(fā)器82C250PCA82C250收發(fā)器的典型應(yīng)用如圖。SJA1000的RX和TX分別通過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0.5×Vcc，（Vcc=5V）。CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)2DeviceNet

2.1DeviceNet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。2.1DeviceNet技術(shù)概述工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)底層節(jié)點(diǎn)相對(duì)簡單，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：低端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的低成本解決方案；低端設(shè)備的智能化；主—從以及對(duì)等通信的能力。DeviceNet有兩個(gè)主要用途：傳送與低端設(shè)備關(guān)聯(lián)的面向控制的信息；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)）。2.1DeviceNet技術(shù)概述物理/介質(zhì)特性主干線—分支線結(jié)構(gòu)；最多支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)；無需中斷網(wǎng)絡(luò)即可解除節(jié)點(diǎn)；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；使用密封式或開放式連接器；接線錯(cuò)誤保護(hù)；數(shù)據(jù)波特率可選125、250、500kbps；標(biāo)準(zhǔn)電源插頭，電源最大容量可達(dá)16A；內(nèi)置式過載保護(hù)。2.1DeviceNet技術(shù)概述通信特性：物理信號(hào)及MAC使用CAN；基于連接概念的協(xié)議，要與設(shè)備交換信息須先與它連接；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；I/O數(shù)據(jù)的高效傳輸；為長度大于8字節(jié)的報(bào)文提供分段服務(wù)；重復(fù)節(jié)點(diǎn)地址（MACID）的檢測(cè)。

表2.1DeviceNet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)可支持無限多的I/O網(wǎng)絡(luò)長度端—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0～8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，無需網(wǎng)絡(luò)斷電2.2DeviceNet技術(shù)概述DeviceNet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：源/目（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）通信模式的缺點(diǎn)：多個(gè)節(jié)點(diǎn)間同步動(dòng)作困難；浪費(fèi)帶寬，源節(jié)點(diǎn)必須多次發(fā)送給不同節(jié)點(diǎn)。生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式的特點(diǎn)：一個(gè)生產(chǎn)者，多個(gè)消費(fèi)者；數(shù)據(jù)更新在多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)生；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)2.2DeviceNet技術(shù)概述DeviceNet的通信模型：2.2DeviceNet的物理層—媒體訪問單元

媒體訪問單元包括收發(fā)器、連接器、誤接線保護(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。2.2DeviceNet的物理層—媒體訪問單元誤接線保護(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關(guān)防止U-斷開造成損害。2.2DeviceNet的物理層—傳輸介質(zhì)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6m，允許連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)?？偩€線纜中包括24VDC電源線、信號(hào)線及屏蔽線?？偩€支持有源和無源設(shè)備，對(duì)有源設(shè)備提供專門設(shè)計(jì)的光隔離收發(fā)器。2.2DeviceNet的物理層—傳輸介質(zhì)終端電阻：121Ω，1%金屬膜電阻，1/4W，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）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2.2DeviceNet的物理層—傳輸介質(zhì)設(shè)備分接頭：設(shè)備直接通過端子或通過支線連接到網(wǎng)絡(luò)。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，防止總線過電流而損壞電纜和連接器。干線的額定電流為8A。也允許外部供電的設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器、閥門驅(qū)動(dòng)器等）連到總線，但是要有光電隔離。DeviceNet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。2.3DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層遵循CAN協(xié)議規(guī)范，并通過CAN控制芯片實(shí)現(xiàn)。MAC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?？偩€仲裁機(jī)制：

CSMA/NBA（帶非破壞性逐位仲裁的載波偵聽多址訪問），即CAN的仲裁機(jī)制錯(cuò)誤診斷和故障界定機(jī)制：同CAN。2.4DeviceNet的應(yīng)用層5.4.4.1連接的概念OSI7層協(xié)議中連接的概念：層之間通過接口提供兩種服務(wù)：面向連接的服務(wù)和無連接的服務(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)。2.4.1連接的概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)中“連接”可以分為不同的層次：實(shí)際物理媒介連接：典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接虛電路：通過路由表、隊(duì)列緩存和相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)。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。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有關(guān)系。這種連接一般用于應(yīng)用層的連接，通過一定的技術(shù)措施來達(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”，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)也許既無物理連接也無虛電路連接。DeviceNet是基于“連接”的網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在開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。2.4.1連接的概念DeviceNet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。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：2.4.2DeviceNet的對(duì)象模型連接對(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。節(jié)點(diǎn)2.4.2DeviceNet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（MACID）、對(duì)象類標(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165535實(shí)例065535屬性12552.4.3DeviceNet設(shè)備里的對(duì)象類標(biāo)識(shí)對(duì)象——類標(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)備類型、產(chǎn)品代碼、版本、狀態(tài)、序列號(hào)、產(chǎn)品名稱等。報(bào)文路由對(duì)象——類標(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。DeviceNet對(duì)象——類標(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。組合對(duì)象——組合多個(gè)應(yīng)用對(duì)象的屬性，便于訪問。例如多個(gè)應(yīng)用對(duì)象I/O數(shù)據(jù)的組合。2.4.3DeviceNet設(shè)備里的對(duì)象類連接對(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)。兩種連接類型分別稱為顯式報(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。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。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)象庫中有大量的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用對(duì)象。2.4.4DeviceNet的報(bào)文DeviceNet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)。DeviceNet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。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。2.4.4DeviceNet的報(bào)文DeviceNet定義了兩種不同類型的報(bào)文，稱作I/O報(bào)文和顯式報(bào)文。I/O報(bào)文適用于傳輸應(yīng)用和過程數(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。I/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)來傳輸過程數(shù)據(jù)。連接的端點(diǎn)通過CAN報(bào)文標(biāo)識(shí)符來識(shí)別過程數(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。

I/O報(bào)文通過一點(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。2.4.4DeviceNet的報(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。顯式報(bào)文傳送通過顯式連接對(duì)象來實(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)用的特定分類服務(wù)。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。2.4.4DeviceNet的報(bào)文I/O報(bào)文的格式如下：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0～8字節(jié)0～8字節(jié)2.4.4DeviceNet的報(bào)文DeviceNet為長度大于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。另一方面設(shè)備通信也可以非常簡單。一個(gè)含兩個(gè)報(bào)文連接的簡單從機(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4KROM和175字節(jié)RAM的CPU（如Motorola68HC05X4）就可以實(shí)現(xiàn)。2.4.4DeviceNet的報(bào)文報(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#3對(duì)I/O報(bào)文，若連接對(duì)象“長度”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。2.4.4DeviceNet的報(bào)文字節(jié)偏移

位76543210012

報(bào)文體↓7字節(jié)偏移

位765432100

分段協(xié)議12↓

分段報(bào)文體7不分段I/O報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式分段I/O報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式分段類型

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)2.4.4DeviceNet的報(bào)文字節(jié)偏移

位765432100

報(bào)文頭12

報(bào)文體↓7字節(jié)偏移

位765432100

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)格式分段顯式報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)格式FragXIDMACID1=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2.4.5CAN標(biāo)識(shí)符的使用CID包含報(bào)文組ID、該組中的報(bào)文ID、設(shè)備MACID。報(bào)文ID根據(jù)報(bào)文的含義來分配。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)。

2.4.5CAN標(biāo)識(shí)符的使用報(bào)文組2分配了512個(gè)標(biāo)識(shí)符（400H~5FFH）。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（MACID）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控制器可以根據(jù)MACID濾出自身的報(bào)文組2報(bào)文。

2.4.5CAN標(biāo)識(shí)符的使用報(bào)文組3分配了448個(gè)標(biāo)識(shí)符（600H~7BFH），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）。2.4.5CAN標(biāo)識(shí)符的使用報(bào)文組4分配了分配了48個(gè)CAN標(biāo)識(shí)符（7C0H~7EFH），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2C～2F，用于通信故障的恢復(fù)。

其它16個(gè)CAN標(biāo)識(shí)符（7F0H~7FFH）在DeviceNet中被禁止。2.4.6DeviceNet連接的建立只有當(dāng)對(duì)象之間已建立一個(gè)連接時(shí)，才能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報(bào)文傳送。DeviceNet規(guī)定了兩種類型連接：I/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)用之間提供了專用的，具有特殊用途的通訊路徑。特定的應(yīng)用和過程數(shù)據(jù)通過這些路徑傳輸；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。2.4.6DeviceNet連接的建立DeviceNet節(jié)點(diǎn)在開機(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/從連接組的“Group2非連接顯式請(qǐng)求端口”。當(dāng)通過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)。通過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)備稱為Group2服務(wù)器。一個(gè)Group2服務(wù)器可被一個(gè)或多個(gè)客戶機(jī)通過一個(gè)或多個(gè)連接進(jìn)行尋址。2.4.7預(yù)定義的主從連接組DeviceNet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)備根本不需要也沒有資源去使用這一強(qiáng)大功能，DeviceNet指定了一套稱為預(yù)定義主/從連接組的CID，用來簡化主/從結(jié)構(gòu)中I/O數(shù)據(jù)的傳送。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。2.4.7預(yù)定義的主從連接組不具有UCMM功能，只支持預(yù)定義主/從連接組的從設(shè)備，被稱為DeviceNet中的僅限Group2服務(wù)器。只有分配它的主站才可以尋址僅限Group2的服務(wù)器。僅限Group2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)備制造商來說代表了一個(gè)簡單實(shí)現(xiàn)的方案。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)起來比較簡單。2.4.7I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式DeviceNet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、循環(huán)。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）。2.4.7I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式輪詢：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)）。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)置為500ms，而主機(jī)可能是每30ms掃描一次所有的設(shè)備。2.4.7I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式狀態(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。2.4.8重復(fù)MACID檢測(cè)DeviceNet的每一個(gè)物理連接必須被賦予一個(gè)唯一的MACID，不可重復(fù)。由于MACID可能是人工設(shè)置的（比如撥碼開關(guān)），所以MACID重復(fù)的錯(cuò)誤是不能完全避免的。DeviceNet的重復(fù)MACID檢測(cè)機(jī)制可以檢測(cè)重復(fù)MACID錯(cuò)誤的發(fā)生?！爸貜?fù)MACID請(qǐng)求”報(bào)文包括本設(shè)備擬用的MACID、制造商ID以及32bit的產(chǎn)品系列號(hào)。一個(gè)DeviceNet模塊在啟動(dòng)后轉(zhuǎn)換到Online狀態(tài)之前，必須以1s間隔連續(xù)兩次發(fā)出重復(fù)MACID請(qǐng)求報(bào)文，1s以內(nèi)沒有收到響應(yīng)，才可以轉(zhuǎn)入Online狀態(tài)。2.4.8重復(fù)MACID檢測(cè)任何設(shè)備收到重復(fù)MACID檢測(cè)報(bào)文后立即比較自己的MACID，如果相同馬上發(fā)一個(gè)“重復(fù)MACID響應(yīng)”。發(fā)出重復(fù)MACID檢測(cè)報(bào)文的設(shè)備收到重復(fù)MACID響應(yīng)后應(yīng)轉(zhuǎn)入通信故障狀態(tài)，等待技術(shù)人員處理。2.4.9設(shè)備描述和EDS文件屬于同一設(shè)備模型的所有設(shè)備都必須支持共同的標(biāo)識(shí)和通信狀態(tài)數(shù)據(jù)。設(shè)備描述（DeviceProfiles）通過定義標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備模型，促進(jìn)不同廠商同類設(shè)備的互操作性，并促進(jìn)其互換性。ODVA已經(jīng)規(guī)定了一些工業(yè)自動(dòng)化中常用產(chǎn)品的設(shè)備描述。例如，通用I/O（離散或模擬）、驅(qū)動(dòng)器、位置控制器等。設(shè)備描述有兩種：標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的（非標(biāo)準(zhǔn)）。ODVA負(fù)責(zé)在技術(shù)規(guī)范中定義公共類、服務(wù)和屬性，各供貨商可以增補(bǔ)供貨商特殊類、服務(wù)和屬性。這就允許供貨商向其用戶提供附加的、技術(shù)規(guī)范中未涉及的功能。往后當(dāng)這些特殊項(xiàng)目很普及的時(shí)候ODVA有機(jī)制將其轉(zhuǎn)為公共項(xiàng)目。2.4.9設(shè)備描述和EDS文件在DeviceNet規(guī)范中設(shè)備描述分為3個(gè)部分。設(shè)備類型的對(duì)象模型——定義了設(shè)備中存在的對(duì)象類、各類中的實(shí)例數(shù)、各個(gè)對(duì)象如何影響行為以及每個(gè)對(duì)象的接口。設(shè)備類型的I/O數(shù)據(jù)格式——組合對(duì)象的定義、組合對(duì)象中包含數(shù)據(jù)元件的地址（類、實(shí)例、屬性）。設(shè)備的可配置參數(shù)和訪問這些參數(shù)的公共接口——

參數(shù)數(shù)據(jù)、參數(shù)對(duì)設(shè)備行為的影響、所有參數(shù)組等。簡單地說，這三部分規(guī)定了一個(gè)設(shè)備如何動(dòng)作、如何交換數(shù)據(jù)和如何進(jìn)行配置。2.4.9設(shè)備描述和EDS文件例如，一個(gè)閥控制器（設(shè)備類型0）應(yīng)該包括下列對(duì)象：標(biāo)識(shí)對(duì)象 1報(bào)文路由 1DeviceNet 1連接 2（1個(gè)顯式，一個(gè)I/O）組合 1參數(shù) 2(模擬量輸入/模擬量輸出)DeviceNet規(guī)范定義了一種電子數(shù)據(jù)文檔EDS，它是一種簡單文件格式。供貨商可以通過EDS將產(chǎn)品的特殊信息提供給其他供貨商。DeviceNet允許通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置設(shè)備。配置工具和EDS文檔就是實(shí)現(xiàn)這種配置的工具。EDS采用ASCII字符。它包括①說明每個(gè)設(shè)備參數(shù)，包括它的合法值和默認(rèn)值；②提供設(shè)備中用戶可選擇的配置參數(shù)。2.4.9設(shè)備描述和EDS文件2.4.10一致性測(cè)試ODVA定義了DeviceNet設(shè)備和系統(tǒng)的測(cè)試和批準(zhǔn)程序。會(huì)員廠商有機(jī)會(huì)將它們的設(shè)備交給當(dāng)前3個(gè)獨(dú)立的DeviceNet兼容性測(cè)試中心之一進(jìn)行一致性檢測(cè)。所有DeviceNet設(shè)備只作兩個(gè)關(guān)鍵性測(cè)試：互操作性和互換性。互操作性表示所有廠商的DeviceNet設(shè)備都可在網(wǎng)絡(luò)上互相操作?；Q性比其更進(jìn)一步，可以用相同類型的設(shè)備（即它們符合相同的設(shè)備描述）在邏輯上互相置換，不管這些設(shè)備是由哪個(gè)廠商制造的。2.4.10一致性測(cè)試一致性測(cè)試可以分成以下3個(gè)部分：軟件測(cè)試，對(duì)DeviceNet協(xié)議的功能進(jìn)行驗(yàn)證。在測(cè)試時(shí)，根據(jù)設(shè)備復(fù)雜性的不同，可傳輸多達(dá)數(shù)千個(gè)報(bào)文。硬件測(cè)試，檢測(cè)物理層的兼容性。該測(cè)試檢測(cè)規(guī)范的所有要求，例如斷線保護(hù)、過壓、接地和絕緣、CAN收發(fā)器等等。該測(cè)試對(duì)于不符合DeviceNet規(guī)范的設(shè)備可能是破壞性的。系統(tǒng)互用性測(cè)試，可以驗(yàn)證在一個(gè)多達(dá)64個(gè)節(jié)點(diǎn)和眾多不同廠商掃描儀的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的功能。2.4.10一致性測(cè)試一致性測(cè)試軟件可直接從ODVA獲得。它是基于Windows的工具，運(yùn)行在不同供應(yīng)商的幾個(gè)PC-CAN接口上。廠商在進(jìn)行正式的ODVA測(cè)試之前可以對(duì)其設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。至現(xiàn)在為止，硬件測(cè)試和系統(tǒng)互用性測(cè)試只能由3個(gè)獨(dú)立測(cè)試中心完成。如果設(shè)備通過了上述3個(gè)部分測(cè)試，那么可以說它已通過DeviceNet一致性測(cè)試，并加以標(biāo)記。許多DeviceNet用戶現(xiàn)在都要求有該標(biāo)識(shí)。通過一致性測(cè)試的設(shè)備在市場(chǎng)上會(huì)有顯著的優(yōu)勢(shì)。3開發(fā)實(shí)例：DeviceNet從節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

需求分析在實(shí)際的DeviceNet應(yīng)用中，除了少數(shù)的主站如掃描器以外，絕大部分是組2從站設(shè)備（Group2SlaveDevice），使用預(yù)定義主/從連接方式設(shè)計(jì)僅限組2的從站節(jié)點(diǎn)對(duì)象,遵循DeviceNet中預(yù)定義主從連接組的規(guī)范從站模塊實(shí)現(xiàn)2字節(jié)數(shù)字量輸入、2字節(jié)數(shù)字量輸出、2字節(jié)模擬量輸入、2字節(jié)模擬量輸出支持顯式連接報(bào)文和I/O報(bào)文I/O報(bào)文支持位選通和輪詢模式搭建測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行功能性測(cè)試提綱3.1DeviceNet從節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)3.2DeviceNet從節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)3.3DeviceNet從節(jié)點(diǎn)通信功能的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試1.1DeviceNet從節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)3.1.1核心器件（1）AT89C52單片機(jī)（2）CAN控制器SJA1000（3）PCA82C250CAN收發(fā)器3.1.2DeviceNet接口的硬件電路設(shè)計(jì)光耦部分所采用的兩個(gè)電源VCC和VDD必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個(gè)5歐姆的電阻相連，電阻可起到一定的限流作用，保護(hù)82C250免受過流的沖擊CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pF的小電容，可