支持即插即用can總線分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)研究

1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文支持即插即用的CAN總線分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的研究姓名：周沖申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：周純杰20080707摘 要由于 CAN 總線近些年來(lái)的飛速發(fā)展。支持即插即用的 CAN 總線分布式網(wǎng)絡(luò)的研究，不僅有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且也有廣泛的實(shí)際意義。本文提出一種基于CANopen 層管理（LMT）的 CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)管理方案，能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)新插入到網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)并對(duì)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)施動(dòng)態(tài)管理。本文首先介紹了課題來(lái)源、目的及意義，綜述了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、CAN 總線及即插即用技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后分析了定義數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的 CANBus2.0B規(guī)范, 以及

2、主要的幾種 CAN 應(yīng)用層協(xié)議如 CAL 協(xié)議、CANopen 協(xié)議等。本文提出了一種基于改進(jìn) LMT 的 CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)管理方案。該方案將即插即用劃分為兩個(gè)階段-自動(dòng)識(shí)別階段和分配 NOD-ID 階段，實(shí)現(xiàn)了新插入節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)及識(shí)別，并將節(jié)點(diǎn)的 NOD-ID 與節(jié)點(diǎn)所在的位置信息綁定起來(lái)，使網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)能夠正確理解從節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的信息。論文實(shí)現(xiàn)了基于 C8051F310 單片機(jī)和 MCP2510 獨(dú)立 CAN 控制器的 CAN 節(jié)點(diǎn)原理樣機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，并將基于改進(jìn) LMT 的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)管理方案在原理樣機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。理論實(shí)時(shí)性分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提方案的有效性。本文最后針對(duì)所作的工作加

3、以總結(jié)，進(jìn)一步展望了下一步工作的幾個(gè)核心問(wèn)題。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；即插即用；物理地址；自動(dòng)識(shí)別；自動(dòng)分配IAbstractAs the rapid development of CAN bus, the research of plug and play in CAN busdistributed network not only has high academic value, but also have a wide range ofpractical significance. With the continuous development of PnP, it has extende

4、d to theentire network. It makes equipment in the network found and controlled, and achievesplug-and-play of network nodes. The main content of this thesis is the implementation ofCAN network nodes automatical identification. It is based on the LMT service in thehigh-level communication protocol CAL

5、 of CAN protocol.This thesis gives an overview of network control system, CAN bus, PnP, smart sensorsand IEEE 1451 standard after introducing the source, purpose and significance of theproject. And then it analyzes the CAN bus communication protocol, including CANBus2.0B protocol which gives the def

6、inition of Data link layer and physical layer, CANhigh-level communication protocol CAL, CANopen protocol which gives the definition ofapplication layer.On the basis of the overview and analysis, this thesis puts forward automaticalmanagement scheme of CAN network nodes based on improved LMT. The re

7、quirementanalysis and basic ideas of the scheme are introduced. The scheme divides plug-and-playpart into two stages: identification stage and distribution of NOD-ID stage. According tothis idea, corresponding algorithm has been implemented, and corresponding real-timeability has been analyzed. Fina

8、lly, the prototype development of CAN nodesplug-and-play based on MCU has been introduced. The hardware development includesserial port module, CAN interface module for communication between nodes. And thesoftware development includes program flow of nodes design, prototype of CAN nodes.This thesis

9、proves the feasibility of automatical identification scheme through theexperiment.Finally, the conclusion of this thesis is given, and several core issues of future work arediscussed.Key words: networked control system; Plug and Play; physical address; automaticidentification; automatic distribution

10、II獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編

11、本學(xué)位論文。保密，在_年解密后適用本授權(quán)數(shù)。本論文屬于不保密學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日日期：年月日11緒論1.1課題的來(lái)源、目的及研究意義本課題來(lái)源于與三一重工有限股份公司簽署的項(xiàng)目CAN 總線分布式 I/O 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。隨著控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制、管理的各個(gè)層次，覆蓋從工段、車間、工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場(chǎng)。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(fieldbus)就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)1。本課題目的在于實(shí)現(xiàn)斷電情況下 CAN 網(wǎng)

12、絡(luò)節(jié)點(diǎn)的即插即用，即在斷電情況下，工作人員對(duì) CAN 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)，添加或更換新的節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)上電后，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)能夠自動(dòng)探測(cè)新加入的節(jié)點(diǎn)，更新活動(dòng)節(jié)點(diǎn)的信息列表并分配給新插入的節(jié)點(diǎn)有效的 NODE-ID。眾所周知，CAN 總線的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中必須擁有一個(gè)合法且唯一的 ID，有時(shí)我們也稱其為網(wǎng)絡(luò)地址。在實(shí)際應(yīng)用中，這種地址通常是通過(guò)設(shè)備生產(chǎn)廠家提供給用戶的操作接口來(lái)設(shè)定的，如撥碼開(kāi)關(guān)、旋鈕等。但是當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要防水、防塵或工作在惡劣的、遠(yuǎn)程的甚至是敵對(duì)的環(huán)境中時(shí)，為提高節(jié)點(diǎn)的防護(hù)等級(jí)，節(jié)點(diǎn)本身就不能再保留類似的這種窗口。換句話說(shuō)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址只能通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)定。用軟件來(lái)設(shè)定地址有兩種方案：一

13、種是在節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)之前，先使用一個(gè)配置工具，與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一對(duì)一的連接，設(shè)定好節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址并保存后（此數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)掉電后不會(huì)丟失），再把它接入到網(wǎng)絡(luò)中去。此方案本質(zhì)上和通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定地址是一樣的，非常直接，CANopen 中的 LSS（layer setting service，與 CAL 中的 LMT功能類似，但更適合于 CANopen）即可以提供相關(guān)的服務(wù)。但這種方案有重大缺陷：離線配置新插入節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址需要了解網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，至少要保證新加入的節(jié)點(diǎn)地址不能與已有節(jié)點(diǎn)的地址相同，對(duì)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)提出了更高的要求。另一種方案是在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，由它進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)探測(cè)到新加入的節(jié)點(diǎn)并為

14、其分配一個(gè)合法的 NODE-ID。本文提出一種基于改進(jìn) LMT 的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)及配置1方案，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)管理，大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的難度，降低了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師的要求。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r分布式控制系統(tǒng)（DCS）、工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）都屬于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。它們的出現(xiàn)標(biāo)志著控制系統(tǒng)正朝著網(wǎng)絡(luò)化、集成化、分布化和節(jié)點(diǎn)智能化的方向發(fā)展1。集散式控制系統(tǒng)（DCS）針對(duì)早期控制系統(tǒng)單臺(tái)計(jì)算機(jī)集中管理整個(gè)控制過(guò)程模式中集中的弊端，把一個(gè)控制過(guò)程分解為多個(gè)子系統(tǒng)，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)同完成。每臺(tái)計(jì)算機(jī)處理或承擔(dān)一部分功能，而由一臺(tái)主機(jī)協(xié)調(diào)控制。應(yīng)該說(shuō)集散控制系

15、統(tǒng)具有了一定的網(wǎng)絡(luò)化思想，它適應(yīng)于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)水平。但是在實(shí)際應(yīng)用中也體現(xiàn)出了它的不足。首先，集散系統(tǒng)仍然是模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳輸使系統(tǒng)精度受到限制。其次，它結(jié)構(gòu)上遵循主從式的思想，沒(méi)有完全突破集中控制思想的束縛；一旦主機(jī)故障，系統(tǒng)可靠性就無(wú)法保障。更重要的是，DCS 系統(tǒng)屬非開(kāi)放式專用網(wǎng)絡(luò)，各系統(tǒng)互不兼容，不利于繼續(xù)提高系統(tǒng)組態(tài)的靈活性和可維護(hù)性。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS) 是一種開(kāi)放的分布式控制系統(tǒng)。它突破了集散控制系統(tǒng)中采用專用網(wǎng)絡(luò)的缺陷，把專用封閉協(xié)議變成標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放協(xié)議。同時(shí)，將數(shù)字處理器置入傳統(tǒng)測(cè)控儀表，使之具有完全的數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力。它結(jié)構(gòu)上還采用了全分布

16、式方案，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，提高了系統(tǒng)可靠性和靈活性。因而，F(xiàn)CS 系統(tǒng)與 DCS 系統(tǒng)比較具有很多優(yōu)點(diǎn)：它是現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備之間可點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或廣播等多種方式通信，提高了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化和功能自治性：利用統(tǒng)一組態(tài)與任務(wù)下載，使得如 PID、數(shù)字濾波、補(bǔ)償處理等簡(jiǎn)單控制任務(wù)可動(dòng)態(tài)下載到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；它可減少傳輸線路與硬件設(shè)備數(shù)量，節(jié)省系統(tǒng)安裝維護(hù)的成本；它還增強(qiáng)了不同廠家設(shè)備的互換作和兼容性?，F(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開(kāi)放式、數(shù)字化、多2點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表使它們各自都具

17、有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，它把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。它給自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)的變化，正如眾多分散的計(jì)算機(jī)被網(wǎng)絡(luò)連接在一起，使計(jì)算機(jī)的功能、作用發(fā)生的變化?，F(xiàn)場(chǎng)總線則使自控系統(tǒng)與設(shè)備具有了通信能力，把它們連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，加入到信息網(wǎng)絡(luò)的行列。因此把現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)說(shuō)成是

18、一個(gè)控制技術(shù)新時(shí)代的開(kāi)端并不過(guò)分。目前成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線有基金會(huì) FF，Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線，CAN 總線，DeviceNet 等。它在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓字等方面的自動(dòng)化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景2345。1.2.2CAN 總線的發(fā)展?fàn)顩rCAN 是控制局域網(wǎng)（Controller Area Network）的簡(jiǎn)稱，是德國(guó) Bosch 公司在 1986年為解決現(xiàn)代汽車中眾多測(cè)量控制部件之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。其總線規(guī)范已經(jīng)被列入 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，為 ISO11898。1991 年 9 月 PhilipsSemiconductors 制訂并發(fā)布了 CAN 技術(shù)

19、規(guī)范（Version2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括 A 和 B兩部分。2.0A 給出了 CAN 報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式，而 2.0B 給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種格式。今天，CAN 已成為多個(gè)行業(yè)數(shù)據(jù)通信的主流技術(shù)。CAN 協(xié)議也是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開(kāi)放系統(tǒng)互連模型（OSI）基礎(chǔ)上的，不過(guò)模型結(jié)構(gòu)只有三層，即自取 OSI 底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂層的應(yīng)用層。數(shù)據(jù)鏈路層又分為 MAC 子層和 LLC 子層。CAN 協(xié)議屬于封裝在芯片內(nèi)的協(xié)議，其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線。CAN 為多主方式工作，節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，它通過(guò)報(bào)文濾波實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等方式傳送接收數(shù)據(jù)。通信

20、速率最高可達(dá) 1Mbps（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為 40m），直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率 5kbps 以下）。3可掛接設(shè)備數(shù)量多達(dá) 110 個(gè)。CAN 總線已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用,它在短報(bào)文時(shí)的數(shù)據(jù)傳送效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于 Profibus 和 Modbus Plus 等總線6789。和其他的現(xiàn)場(chǎng)總線相比，CAN 只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范（遵循 OSI標(biāo)準(zhǔn)），這種設(shè)計(jì)和 CAN 規(guī)范定義時(shí)的歷史條件有關(guān)，也可以使 CAN 能夠更廣泛地適應(yīng)不同的應(yīng)用條件，但必然給用戶應(yīng)用帶來(lái)一些不便。用戶在應(yīng)用 CAN 協(xié)議時(shí)，必須自行定義高層協(xié)議。而本課題是在分布式 CAN 總線上支持異構(gòu)環(huán)境

21、和即插即用，則要對(duì) CAN 高層協(xié)議有一個(gè)深入的研究10。如今，在歐洲，幾乎每一輛新客車上均裝配有 CAN 局域網(wǎng)。CAN 也用于其他類型的交通工具，如火車，輪船等，同樣 CAN 也可用于工業(yè)控制。CAN 已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最重要的總線之一，甚至領(lǐng)導(dǎo)著串行總線的發(fā)展。CAN 總線也是是最早進(jìn)入我國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線,它成本低、開(kāi)發(fā)容易,在國(guó)內(nèi)廣受歡迎,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域。由于 CAN 只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范，必須自行定義高層協(xié)議，如何將 CAN 協(xié)議的應(yīng)用推向更深的層次，同時(shí)滿足產(chǎn)品的兼容和互操作性？國(guó)際上通行的辦法是發(fā)展基于 CAN 的高層應(yīng)用協(xié)議，只是在應(yīng)用層上，不同

22、公司的產(chǎn)品才可能實(shí)現(xiàn)互操作，好的應(yīng)用層協(xié)議更可以為用戶帶來(lái)系統(tǒng)性能的飛躍。在 CAN 總線協(xié)議飛速發(fā)展的 20 年中，很多領(lǐng)域都制定了 CAN 在該領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)所采用的高層協(xié)議規(guī)范。其中，比較著名的有美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)制定的車內(nèi)通信規(guī)范 J1939 等。這些協(xié)議和規(guī)范對(duì) CAN 的推廣起了很大的作用，但總體來(lái)說(shuō)，協(xié)議的模塊化特性都不太好，一般只能應(yīng)用于特定的領(lǐng)域。為了能夠把 CAN 推廣到更多的領(lǐng)域，歐洲一些公司推出了 CAL(應(yīng)用層 CAN)協(xié)議，盡管 CAL 在理論上正確，并在工業(yè)上可以投入應(yīng)用，但每個(gè)用戶都必須設(shè)計(jì)一個(gè)新的子協(xié)議，因?yàn)?CAL 是一個(gè)真正的應(yīng)用層協(xié)議。CAL 可以

23、被看作一個(gè)應(yīng)用 CAN 方案的必要理論步驟，但在這一領(lǐng)域它不會(huì)被推廣。從 1993 年起，由 Bosch 公司領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)歐洲機(jī)構(gòu)研究出一個(gè)協(xié)議原型，由此發(fā)展成為 CANopen 規(guī)范。CANopen 是一個(gè)基于 CAL 的子協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮乃枷朐O(shè)計(jì)，具有很好的模塊化特性和很高的適應(yīng)性，通過(guò)擴(kuò)展可以適用于大量的應(yīng)用領(lǐng)域。在 CANopen 規(guī)范基本完成之后，Bosch 將其移交給 CIA 組織，由其進(jìn)行維護(hù)與發(fā)展。在 1995 年，CIA 發(fā)表了完整版的 CANopen 通信子協(xié)議；僅4僅用了 5 年的時(shí)間，它已成為全歐洲最重要的嵌入式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。CANopen 不僅定義了應(yīng)用層和通信子協(xié)議，

24、而且為可編程系統(tǒng)、不同器件、接口、應(yīng)用子協(xié)議定義了大量的行規(guī)，遵循這些行規(guī)開(kāi)發(fā)出的 CANopen 設(shè)備將能夠?qū)崿F(xiàn)不同公司產(chǎn)品間的互操作。另外，CANopen 協(xié)議是免許可證的，任何組織和個(gè)人都可以開(kāi)發(fā)支持 CANopen協(xié)議的設(shè)備而不用支付版稅，這也是 CANopen 得到迅猛發(fā)展的重要原因之一。CANopen 目前已在汽車工業(yè)控制系統(tǒng)，公共交通運(yùn)輸系統(tǒng)，醫(yī)療設(shè)備，海運(yùn)電子設(shè)備和建筑自動(dòng)化系統(tǒng)中取得廣泛的應(yīng)用，是將 CAN 應(yīng)用推向深化的理想選擇1112131.2.3即插即用技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r目前，“即插即用”的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益完善，現(xiàn)已出現(xiàn)了不少比較成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。雖然 PC 機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供的資

25、源，服務(wù)與單片機(jī)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中的有很大的不同，但如何借鑒現(xiàn)有的“即插即用”網(wǎng)絡(luò)思想結(jié)合現(xiàn)代分布式測(cè)控的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)難度低、安全可靠、使用靈活的 CAN 總線分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)很有研究?jī)r(jià)值的課題。工業(yè)分布式測(cè)控系統(tǒng)通常由 1 臺(tái) PC 主機(jī)或單片機(jī)主機(jī)(上位機(jī)),和多臺(tái)掛在總線上的單片機(jī)從機(jī)(下位機(jī))組成主從式總線結(jié)構(gòu),如圖 1.1 所示。上位機(jī)（PC機(jī)或51單片機(jī)）下位機(jī)#1下位機(jī)#2下位機(jī)#3.下位機(jī)#N圖 1.1 總線型單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)示意圖該總線結(jié)構(gòu)是經(jīng)常使用的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主要適用于分布式控制系統(tǒng)。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下,下位機(jī)主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)、設(shè)備的監(jiān)控,上位機(jī)主要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)

26、據(jù)采集、分析、綜合處理和控制,以及數(shù)據(jù)和圖形顯示、打印、人機(jī)對(duì)話等;整個(gè)系統(tǒng)比較均衡可靠,構(gòu)建簡(jiǎn)單靈活,便于增加、刪減測(cè)控點(diǎn)。在該總線結(jié)構(gòu)分布系統(tǒng)中,所有的測(cè)控點(diǎn)都掛接在串行總線上,如何避免多個(gè)下位機(jī)同時(shí)在總線上發(fā)5。送信息而產(chǎn)生沖突以提高系統(tǒng)可靠性是該系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題。在傳統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上,為了避免多臺(tái)下位機(jī)同時(shí)在總線上發(fā)送信息,通常是由主機(jī)采用查詢的方式依次與各個(gè)下位機(jī)通信。傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)不支持“即插即用”功能,主要因?yàn)樵诰€增加測(cè)控點(diǎn)(下位機(jī))后,根據(jù)傳統(tǒng)查詢通訊方式該下位機(jī)是不能隨意向總線發(fā)送數(shù)據(jù)的(為避免總線沖突),只有當(dāng)主機(jī)查詢到該測(cè)控點(diǎn)時(shí)才允許其發(fā)送數(shù)據(jù)。但在線新增加的測(cè)控

27、點(diǎn)不向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),主機(jī)不可能知道有新增加的節(jié)點(diǎn)而去查詢它,很明顯這是個(gè)矛盾。因此在這種傳統(tǒng)通訊總線上在線增加測(cè)控點(diǎn)后,該測(cè)控點(diǎn)是不能立刻投入使用的。同樣通訊總線上也不能隨意在線刪減測(cè)控點(diǎn)。這是因?yàn)橹鳈C(jī)采用查詢的方式依次與各個(gè)下位機(jī)通信,當(dāng)某個(gè)測(cè)控點(diǎn)(下位機(jī))發(fā)生故障或被在線刪減時(shí),主機(jī)的查詢信號(hào)得不到回應(yīng),主機(jī)可能處于無(wú)限期等待回應(yīng)狀態(tài)而造成測(cè)控網(wǎng)絡(luò)癱瘓?？梢?jiàn)傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)不僅可靠性低,而且無(wú)法滿足現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中需要隨時(shí)在線增加或刪減測(cè)控點(diǎn)的多機(jī)分布式測(cè)控需要。“發(fā)現(xiàn)”(Discovery)機(jī)制是指測(cè)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)終端的自動(dòng)搜尋,它是實(shí)現(xiàn)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)即插即用功能的關(guān)鍵?！安閷ぁ?Lookup)是指

28、在事先預(yù)知的終端集合中找到特定的對(duì)象、資源的過(guò)程。一般這種查尋既可根據(jù)確定的物理地址信息,也可依據(jù)某些匹配條件(如:邏輯地址、分組等)進(jìn)行?！安閷ぁ笨捎赡骋唤K端發(fā)起,查找符合某一特定要求的對(duì)象、資源存在情況以響應(yīng)查尋請(qǐng)求。而“發(fā)現(xiàn)”機(jī)制則相反,它是一個(gè)相對(duì)自發(fā)的過(guò)程,在系統(tǒng)中的多個(gè)對(duì)象,“發(fā)現(xiàn)”網(wǎng)絡(luò)中的其它對(duì)象,并讓對(duì)方獲悉彼此的存在?！鞍l(fā)現(xiàn)”機(jī)制的主要目的就是使測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的建立和使用更加簡(jiǎn)便、快捷。一個(gè)“發(fā)現(xiàn)”機(jī)制一般可以支持“查尋”功能,而大多數(shù)的“查尋”機(jī)制并不能實(shí)現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)”?！凹床寮从谩钡臏y(cè)控網(wǎng)絡(luò)必須提供“發(fā)現(xiàn)”服務(wù),一般具備如下重要特征:系統(tǒng)能自發(fā)地發(fā)現(xiàn)和配置測(cè)控網(wǎng)絡(luò)終端。系統(tǒng)自主能力

29、較強(qiáng),較少需要(甚至不需要)人為的管理。能自動(dòng)地適應(yīng)因終端移動(dòng)等原因造成的可用性的變化,在一定范圍內(nèi)能適應(yīng)因設(shè)備發(fā)生故障而造成的不可用性的變化14151617。6國(guó)際上的標(biāo)準(zhǔn)制訂組織針對(duì)一些專用設(shè)備給出了即插即用的標(biāo)準(zhǔn)。譬如，為了解決智能傳感器產(chǎn)品互不兼容的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)條件下智能傳感器接口的標(biāo)準(zhǔn)化，IEEE 組織制定了針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化智能變送器(傳感器)的接口標(biāo)準(zhǔn) IEEE1451。IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)定義的網(wǎng)絡(luò)傳感器模型如圖 1.3 所示?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備STIM現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備NCAPSTIM以太網(wǎng)圖 1.3網(wǎng)絡(luò)傳感器模型它的目標(biāo)不是開(kāi)發(fā)一種新的控制網(wǎng)絡(luò)，而是在控制網(wǎng)絡(luò)和傳感器之間定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使傳感器

30、的選擇和控制網(wǎng)絡(luò)的選擇分開(kāi)，達(dá)到使用戶可以根據(jù)自己的需要，選擇不同廠家生產(chǎn)的智能傳感器，實(shí)現(xiàn)真正意義上的即插即用。根據(jù) IEEE1451.1和 IEEE1451.2 標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)傳感器分為智能變送器接口模塊 STIM 和網(wǎng)絡(luò)適配器模塊NCAP 兩部分。智能變送器模塊 STIM 遵循 IEEE1451.2 標(biāo)準(zhǔn)，研究了電子數(shù)據(jù)表格TEDS、10 線的 TII 接口以及地址邏輯功能，實(shí)現(xiàn)了傳感器的自我描述功能和即插即用功能。網(wǎng)絡(luò)適配器模塊 NCAP 主要研究了 TCP/IP 協(xié)議棧和嵌入式 Web 服務(wù)器功能，提供了以太網(wǎng)接入功能，實(shí)現(xiàn)了傳感器的網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)該模塊還研究了數(shù)據(jù)校7TII接口驅(qū)動(dòng)管理數(shù)

31、據(jù)處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)校正引擎WEB服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用TCP/IP模塊本地用戶接口以太網(wǎng)接口TEDS模塊TII接口邏輯地址邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)調(diào)理TEDS模塊TII接口邏輯地址邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)調(diào)理正引擎功能。一個(gè) NCAP 可以連接多個(gè) STIM，這樣很容易實(shí)現(xiàn)分布式控制1819 20211.3本文的主要工作和結(jié)構(gòu)本文在熟悉了 CAN 總線的工作原理，以及三一重工所提出的具體的要求和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出具有即插即用特性的 CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。具體內(nèi)容如下：第一章緒論，主要介紹課題的來(lái)源、目的及意義，綜述了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、CAN總線以及即插即用技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。第二章概述了 CAN 總線的的通信原理

32、，介紹了 CAN 總線的技術(shù)規(guī)范 CAN2.0B，以及 CAN 應(yīng)用層協(xié)議 CAL 和 CANopen。第三章詳細(xì)闡述了基于改進(jìn) LMT 的 CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)管理方案，內(nèi)容包括需求分析，主節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別算法，分配算法，主節(jié)點(diǎn)的行為分析和從節(jié)點(diǎn)的行為分析。第四章論述了支持即插即用的 CAN 節(jié)點(diǎn)原理樣機(jī)的開(kāi)發(fā)，包括硬件模塊化設(shè)計(jì)、主從節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及即插即用算法的理論實(shí)時(shí)性分析及實(shí)驗(yàn)分析。最后一章是對(duì)現(xiàn)在工作的總結(jié)和未來(lái)工作的展望。8。2CAN 總線應(yīng)用層協(xié)議2.1CAN2.0B 協(xié)議隨著串行通訊進(jìn)入更多應(yīng)用領(lǐng)域，因此，在一些應(yīng)用里，需要對(duì)通訊功能的報(bào)文識(shí)別位提出分配標(biāo)準(zhǔn)化的要求。

33、原先的地址范圍由 11 個(gè)識(shí)別位定義，如果地址范圍擴(kuò)大，則這些應(yīng)用就可以更好地由 CAN 來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此引入了第二種報(bào)文格式（擴(kuò)展格式）的概念，其定義的地址范圍更寬，由 29 位定義。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者將從考慮定義良好的結(jié)構(gòu)命名方案中得到解放。有的用戶不需要由擴(kuò)展格式提供的識(shí)別符范圍，可以繼續(xù)沿用常規(guī)的 11 位識(shí)別符范圍（標(biāo)準(zhǔn)格式），在這種情況下，可以采用市場(chǎng)上可用的 CAN 儀器，或使用兼容這兩種模式的新控制器類儀器22。2.1.1CAN 基本概念在一些應(yīng)用里，需要對(duì)通訊功能的報(bào)文識(shí)別位提出分配標(biāo)準(zhǔn)化的要求。原先的地址范圍由 11 個(gè)識(shí)別位定義，如果地址范圍擴(kuò)大，則這些應(yīng)用就可以更好地由 CAN來(lái)實(shí)

34、現(xiàn)。為了區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式，按 CAN 1.2 規(guī)范定義，使用了 CAN 報(bào)文格式的第一個(gè)保留位。技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩個(gè) CAN 儀器之間建立兼容性?？墒?，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解釋。為了達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)柔韌性，CAN 被細(xì)分為以下不同的層次： CAN 對(duì)象層（the object layer）邏輯鏈路控制子層 (LLC) CAN 傳輸層（the transfer layer）媒體訪問(wèn)控制子層（MAC） 物理層（the physical layer）對(duì)象層和傳輸層包括所有由 ISO/OSI 模型定義的數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)和功能。MAC 子層是 CAN 協(xié)議的

35、核心。它把接收到的報(bào)文提供給 LLC 子層，并接收來(lái)自 LLC 子層的報(bào)文。MAC 子層負(fù)責(zé)報(bào)文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定。MAC 子層也被稱作故障界定的管理實(shí)體監(jiān)管。MAC 子層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定、故障界定?？偩€上什么時(shí)候開(kāi)始發(fā)送新報(bào)文以及什么時(shí)候開(kāi)始接收?qǐng)?bào)文，9均在 MAC 子層里確定。位定時(shí)的一些普通功能也可以看作是 MAC 子層的一部分。理所當(dāng)然，MAC 子層的修改是受到限制的。在 CAN 系統(tǒng)里，CAN 的節(jié)點(diǎn)不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的報(bào)文，以下是 CAN 系統(tǒng)的重要特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)靈活性：不需要應(yīng)用層以及任何節(jié)點(diǎn)軟件和硬件的任何

36、改變，可以在CAN 網(wǎng)絡(luò)中直接添加節(jié)點(diǎn)。（2）報(bào)文路由：報(bào)文的內(nèi)容由識(shí)別符命名。識(shí)別符不指出報(bào)文的目的地，但解釋數(shù)據(jù)的含義。因此，網(wǎng)絡(luò)上所有的節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)報(bào)文濾波確定是否應(yīng)對(duì)該數(shù)據(jù)做出反應(yīng)。（3）多播：由于引入了報(bào)文濾波的概念，任何節(jié)點(diǎn)都可以接收?qǐng)?bào)文，并與此同時(shí)對(duì)此報(bào)文做出反應(yīng)。（4）數(shù)據(jù)連貫性：應(yīng)確保報(bào)文在 CAN 網(wǎng)絡(luò)里同時(shí)被所有的節(jié)點(diǎn)接收（或同時(shí)不被接收）。因此，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連貫性是通過(guò)多播和錯(cuò)誤處理的原理實(shí)現(xiàn)的。（5）仲裁（Arbitration）只要總線空閑，任何單元都可以開(kāi)始發(fā)送報(bào)文。如果 2 個(gè)或 2 個(gè)以上的單元同時(shí)開(kāi)始傳送報(bào)文，那么就會(huì)有總線訪問(wèn)沖突。通過(guò)使用了識(shí)別符的逐位仲裁

37、可以解決這個(gè)沖突。仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失。當(dāng)具有相同識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)初始化時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送器都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平而監(jiān)視的是一“顯性”電平（見(jiàn)總線值），那么單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。總線具有兩種邏輯狀態(tài)：隱性和顯性。在隱性狀態(tài)下，VCANH 和 VCANL 被固定于平均電壓電平，Vdiff 近似為零。顯性狀態(tài)以大于最小閾值的差分電壓表示。在顯位期間，顯性狀態(tài)改變隱性狀態(tài)并發(fā)送?？偩€上位電平如下圖10圖 2.1 總線上位電平若所有的 ECU（電子控制裝

38、置：連接于總線的每個(gè)節(jié)點(diǎn)）的晶體管均被關(guān)閉，則總線處于隱性狀態(tài)。此時(shí)總線的平均電壓由具有高內(nèi)阻的每個(gè) ECU 電壓源產(chǎn)生。若成對(duì)晶體管至少有一個(gè)被接通，則顯性位被送至總線，它產(chǎn)生流過(guò)終端電阻的電流，使總線的兩條線之間產(chǎn)生電壓差。電阻網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)顯性和隱性狀態(tài)，該網(wǎng)絡(luò)將總線的不同電壓變換，接收電路比較器輸入端上對(duì)應(yīng)的顯性和隱性電平23。2.1.2幀格式格式及類型有兩種不同的幀格式（CAN2.0A/B），不同之處為識(shí)別符場(chǎng)的長(zhǎng)度不同：具有11 位識(shí)別符的幀稱之為標(biāo)準(zhǔn)幀。而含有 29 位識(shí)別符的幀為擴(kuò)展幀。數(shù)據(jù)幀由 7 個(gè)不同的位場(chǎng)組成：幀起始（Start of Frame）、仲裁場(chǎng)（Arbitrati

39、onFrame）、控制場(chǎng)（Control Frame）、數(shù)據(jù)場(chǎng)（Data Frame）、CRC 場(chǎng)（CRC Frame）、應(yīng)答場(chǎng)（ACK Frame）、幀結(jié)尾（End of Frame）。數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)度可以為 0。11圖 2.2 數(shù)據(jù)幀標(biāo)準(zhǔn)格式幀與擴(kuò)展格式幀的仲裁場(chǎng)格式不同：標(biāo)準(zhǔn)格式里，仲裁場(chǎng)由 11 位識(shí)別符和 RTR 位組成。識(shí)別符位由 ID-28ID-18。擴(kuò)展格式里，仲裁場(chǎng)包括 29 位識(shí)別符、SRR 位、IDE 位、RTR 位。其識(shí)別符由 ID-28. ID-0。為了區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式，前版本 CAN 規(guī)范 1.0-1.2 的保留位 r1 現(xiàn)表示為IDE Bit。12圖 2.3 標(biāo)

40、準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀的仲裁場(chǎng)和標(biāo)準(zhǔn)格式形成對(duì)比，擴(kuò)展格式由 29 位組成。其格式包含兩個(gè)部分：11 位基本 ID、18 位擴(kuò)展 ID。基本 ID：基本 ID 包括 11 位。它按 ID-28 到 ID-18 的順序發(fā)送。它相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別符的格式。基本 ID 定義擴(kuò)展幀的基本優(yōu)先權(quán)。擴(kuò)展 ID：擴(kuò)展 ID 包括 18 位。它按 ID-17 到 ID-0 順序發(fā)送。CRC 場(chǎng)（標(biāo)準(zhǔn)格式以及擴(kuò)展格式）【由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列最適用于位數(shù)低于 127 位BCH 碼的幀。為進(jìn)行 CRC 計(jì)算，被除的多項(xiàng)式系數(shù)由無(wú)填充位流給定，組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)（假如有），而 15 個(gè)最低

41、位的系數(shù)是 0。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)用是不同站提供的錯(cuò)誤標(biāo)志（ERRORFLAG）的疊加。第二個(gè)場(chǎng)是錯(cuò)誤界定符。為了能正確地終止錯(cuò)誤幀，一“錯(cuò)誤被動(dòng)”的節(jié)點(diǎn)要求總線至少有長(zhǎng)度為 3 個(gè)位時(shí)間的總線空閑（如果“錯(cuò)誤被動(dòng)”的接收器有局部錯(cuò)誤的話）。因此，總線的載荷不應(yīng)為 100%。錯(cuò)誤標(biāo)志有兩種形式的錯(cuò)誤標(biāo)志：主動(dòng)的錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)的錯(cuò)誤標(biāo)志。（1） 主動(dòng)的錯(cuò)誤標(biāo)志由 6 個(gè)連續(xù)的“顯性”位組成。（2） 被動(dòng)的錯(cuò)誤標(biāo)志由 6 個(gè)連續(xù)的“隱性”的位組成，除非被其他節(jié)點(diǎn)的“顯性”位重寫。檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的“錯(cuò)誤激活”的站通過(guò)發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志指示錯(cuò)誤。錯(cuò)誤標(biāo)13志的形式破壞了從幀起始到

42、CRC 界定符的位填充的規(guī)則（參見(jiàn)“編碼”），或者破壞了 ACK 場(chǎng)或幀結(jié)尾場(chǎng)的固定形式。所有其他的站由此檢測(cè)到錯(cuò)誤條件并與此同時(shí)開(kāi)始發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志。因此，“顯性”位（此“顯性”位可以在總線上監(jiān)視）的序列導(dǎo)致一個(gè)結(jié)果，這個(gè)結(jié)果就是把個(gè)別站發(fā)送的不同的錯(cuò)誤標(biāo)志疊加在一起。這個(gè)序列的總長(zhǎng)度最小為 6 個(gè)位，最大為 12 個(gè)位。檢測(cè)到錯(cuò)誤條件的“錯(cuò)誤被動(dòng)”的站試圖通過(guò)發(fā)送被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志指示錯(cuò)誤。“錯(cuò)誤被動(dòng)”的站等待 6 個(gè)相同極性的連續(xù)位（這 6 個(gè)位處于被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志的開(kāi)始）。當(dāng)這 6 個(gè)相同的位被檢測(cè)到時(shí)，被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志的發(fā)送就完成了24。幀間空間數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）與先行幀的隔離是通過(guò)幀間空間實(shí)現(xiàn)的，無(wú)

43、論此先行幀類型如何（數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀）。所不同的是，過(guò)載幀與錯(cuò)誤幀之前沒(méi)有幀間空間，多個(gè)過(guò)載幀之間也不是由幀間空間隔離的。幀格式的符合性標(biāo)準(zhǔn)格式相當(dāng)于在 CAN1.2 規(guī)范中描述的數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀。而擴(kuò)展格式是 CAN 協(xié)議的一新特色。為了使控制器的設(shè)計(jì)相對(duì)地簡(jiǎn)單，不要求擴(kuò)展格式的儀器達(dá)到它的滿擴(kuò)展（比如，在擴(kuò)展格式里發(fā)送報(bào)文或接收來(lái)自于報(bào)文的數(shù)據(jù) ）。但是，儀器必須無(wú)條件地支持標(biāo)準(zhǔn)格式。如果新的控制器至少具有以下屬性，則被認(rèn)為是符合 CAN規(guī)范：每一新的控制器支持標(biāo)準(zhǔn)格式每一新的控制器可以接收擴(kuò)展格式的報(bào)文。這需要擴(kuò)展格式不因其格式而被破壞。可是，不要求新的控制器非得支持?jǐn)U展格式。

44、報(bào)文濾波報(bào)文濾波取決于整個(gè)識(shí)別符。允許在報(bào)文濾波中將任何的識(shí)別符位設(shè)置為“不考慮”的可選屏蔽寄存器，可以選擇多組的識(shí)別符，使之被映射到隸屬的接收緩沖器里。如果使用屏蔽寄存器，它的每一個(gè)位必須是可編程的，即，他們能夠被允許或禁止報(bào)文濾波。屏蔽寄存器的長(zhǎng)度可以包含整個(gè)識(shí)別符，也可以包含部分的識(shí)別14符2526。2.2CAL 協(xié)議CAL（CAN Application Layer）協(xié)議是目前基于 CAN 的高層通訊協(xié)議中的一種，最早由 Philips 醫(yī)療設(shè)備部門制定。現(xiàn)在 CAL 由獨(dú)立的 CAN 用戶和制造商集團(tuán) CiA（CAN in Automation）協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)管理、發(fā)展和推廣27。CAL

45、提供了 4 種應(yīng)用層服務(wù)功能：（1） CMS (CAN-based Message Specification)CMS 提供了一個(gè)開(kāi)放的、面向?qū)ο蟮沫h(huán)境，用于實(shí)現(xiàn)用戶的應(yīng)用。CMS 提供基于變量、事件、域類型的對(duì)象，以設(shè)計(jì)和規(guī)定一個(gè)設(shè)備（節(jié)點(diǎn)）的功能如何被訪問(wèn)（例如，如何上載下載超過(guò) 8 字節(jié)的一組數(shù)據(jù)（域），并且有終止傳輸?shù)墓δ埽?。CMS 從 MMS (Manufacturing Message Specification)繼承而來(lái)。MMS 是 OSI 為工業(yè)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控而制定的應(yīng)用層規(guī)范。（2） NMT (Network ManagemenT)提供網(wǎng)絡(luò)管理（如初始化、啟動(dòng)和停止節(jié)點(diǎn)

46、，偵測(cè)失效節(jié)點(diǎn)）服務(wù)。這種服務(wù)是采用主從通訊模式（所以只有一個(gè) NMT 主節(jié)點(diǎn)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（3） DBT (DistriBuTor)提供動(dòng)態(tài)分配 CAN ID（正式名稱為 COB-ID，Communication Object Identifier）服務(wù)。這種服務(wù)是采用主從通訊模式（所以只有一個(gè) DBT 主節(jié)點(diǎn)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（4） LMT (Layer ManagemenT)LMT 提供修改層參數(shù)的服務(wù)：一個(gè)節(jié)點(diǎn)（LMT Master）可以設(shè)置另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)（LMT Slave）的某層參數(shù)（如改變一個(gè)節(jié)點(diǎn)的 NMT 地址，或改變 CAN 接口的位定時(shí)和波特率）。CMS 為它的消息定義了 8 個(gè)優(yōu)先

47、級(jí)，每個(gè)優(yōu)先級(jí)擁有 220 個(gè) COB-ID，范圍從 1到 1760。剩余的標(biāo)志（0，1761-2031）保留給 NMT，DBT 和 LMT，見(jiàn)表 2.115表 2.1 消息優(yōu)先級(jí)2.3CANopen 協(xié)議CAL 提供了所有的網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)和報(bào)文傳送協(xié)議，但并沒(méi)有定義 CMS 對(duì)象的內(nèi)容或者通訊中的對(duì)象的類型（它只定義了how，沒(méi)有定義what）。而這正是 CANopen切入點(diǎn)。CANopen 是在 CAL 基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，使用了 CAL 通訊和服務(wù)協(xié)議子集，提供了分布式控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方案。CANopen 在保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互用性的同時(shí)允許節(jié)點(diǎn)的功能隨意擴(kuò)展：或簡(jiǎn)單或復(fù)雜。CANopen 協(xié)議是C

48、AN-in-Automation (CiA) 定義的標(biāo)準(zhǔn)之一，并且在發(fā)布后不久就獲得了廣泛的承認(rèn)。尤其是在歐洲， CANopen 協(xié)議被認(rèn)為是在基于 CAN 的工業(yè)系統(tǒng)中占領(lǐng)導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)。大多數(shù)重要的設(shè)備類型，例如數(shù)字和模擬的輸入輸出模塊、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、操作設(shè)備、控制器、可編程控制器或編碼器，都在稱為“設(shè)備描述” 的協(xié)議中進(jìn)行描述；“設(shè)備描述”定義了不同類型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備及其相應(yīng)的功能。依靠CANopen協(xié)議的支持，可以對(duì)不同廠商的設(shè)備通過(guò)總線進(jìn)行配置。CANopen的核心概念是設(shè)備對(duì)象字典（OD：Object Dictionary），在其它現(xiàn)場(chǎng)總16線（Profibus，Interbus-S）系統(tǒng)中也使用這種設(shè)備描述形式。對(duì)象字典不是CAL的一部分，而是在CANopen中實(shí)現(xiàn)的?；贑AN總線的CANopen網(wǎng)絡(luò)通訊具有以下特點(diǎn)：使用對(duì)象字典（OD：Object Dictionary）對(duì)設(shè)備功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的描述。使用ASCII文檔：電子數(shù)據(jù)文檔（EDS）和設(shè)備配置文件（DCF）對(duì)設(shè)備及其配置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的描述。CANopen網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換和系統(tǒng)管理基于CAL中CMS服務(wù)。