DeviceNet預定義主從連接組

1、1第七章 DeviceNet預定義主從連接組預定義主從連接組7.1 預定義主從連接組的定義預定義主從連接組的定義 預定義主從連接組提供了一組主從系統(tǒng)中常用的、方便的連接。在預定義的主從連接中省略了創(chuàng)建和配置節(jié)點間連接的許多步驟，這樣可以用比較少的資源創(chuàng)建一個通信環(huán)境。 n具有UCMM功能的設備：支持未連接信息管理（UCMM）的設備，此設備支持未連接請求信息的接收和處理。n無UCMM功能的設備：不具備UCMM功能的設備，這類設備的網絡管理能力或所采用CAN控制器芯片的屏蔽能力有限。 2n組2服務器：指具有UCMM功能并在預定義主從連接中充當服務器的設備，是DeviceNet從站。由于預定義主從連

2、接中從站所接收的信息為組2信息，因此使用預定義主從連接組的從站稱為組2服務器，管理這些組2服務器的主站為組2客戶機。n組2客戶機：指獲得服務器預定義主從連接的控制權并且在這些連接中充當客戶機的設備，是DeviceNet主站，它管理的從站為組2服務器。 n僅限組2服務器：指無UCMM功能，必須通過預定義主從連接組建立通信的從站（服務器），它們至少支持預定義主從顯式信息連接。3n僅限組2客戶機：指控制僅限組2 服務器的組2客戶機，僅限組2客戶機替它所控制的僅限組2服務器提供對外的UCMM服務。 nDeviceNet主站：主從應用中的一種節(jié)點類型。DeviceNet主站是集中管理網絡中I/O數據的設

3、備。主站以它的掃描序列為基礎掃描它的從站。在網絡中，主站一般指組2客戶機或僅限組2客戶機。nDeviceNet從站：也是主從應用中的一種節(jié)點類型。從站在收到主站的掃描信息后返回I/O數據，從站一般是指組2服務器或僅限組2服務器。 表7-1 預定義主從連接組信息 4 CAN 標識符區(qū)描述1098765432100組1信息ID100源MAC ID組1信息（000-3ff）01100源MAC ID從站I/O多點輪詢響應信息01101源MAC ID從站I/O狀態(tài)變化、循環(huán)通知信息01110源MAC ID從站I/O 位-選通響應Bit-Strobe01111源MAC ID從站I/O輪詢響應信息或狀態(tài)變化

4、、循環(huán)應答信息10MAC ID組2信息ID00組2信息（400-5ff）10源MAC ID000主站I/O 位-選通命令信息10多點通信MAC ID001主站I/O多點輪詢命令信息10目的MAC ID010主站狀態(tài)變化、循環(huán)應答信息10源MAC ID011從站顯式響應信息或未連接響應信息10目的MAC ID100主站顯式請求信息10目的MAC ID101主站I/O 輪詢命令或狀態(tài)變化、循環(huán)命令信息10目的MAC ID110僅限組2未連接顯式請求信息（預留）10目的MAC ID111重復MAC ID檢查信息 表7-1定義了在預定義主從連接組中使用的信息及其連接標識符。在每一條信息的連接ID中，信

5、息ID都是已經定義好的，其中ID=7的組2信息是重復MAC ID檢查信息，它是一條通用信息；ID=6的組2信息是預留給僅限組2未連接顯式請求信息端口專用的，不能用作其他用途。 另外，表7-1還涉及其他的信息，如I/O輪詢命令或狀態(tài)變化、循環(huán)信息等，將在后續(xù)章節(jié)中依次介紹。 除了僅限組2服務器和組2服務器，其他設備也能使用信息組2來建立連接，即使一個網絡中有其他設備正在使用信息組2，組2服務器和僅限組2服務器仍可以存在于該網絡中，在這種情況下，它們實際收到的信息可能會增加，需要附加的處理能力。567.2 預定義主從連接的工作過程 7.2.1 主從關系的確定 系統(tǒng)運行中，欲成為組2客戶機的設備首先

6、要對服務器分配所需要的預定義主從連接。分配預定義主從連接組的步驟如下：（1）客戶機通過向服務器設備的UCMM端口發(fā)送打開顯式信息連接請求，通過步驟（2）確定服務器是否為僅限組2服務器。 （2）客戶機自動啟動“等待響應”定時器，該定時器的最小超時值為1秒。 如果服務器成功響應（從它的UCMM端口），則設備具有UCMM功能，轉到步驟（3）。7 如果服務器沒有響應（發(fā)生了“等待響應超時”），則重試向服務器設備的UCMM發(fā)送打開顯式信息連接請求并再次啟動“等待響應”定時器。如果收到響應，那么設備有UCMM功能，轉到步驟（3）。 如果仍沒收到響應（2次“等待響應”超時），則假定設備為僅限組2設備（無UC

7、MM功能），轉步驟（5）。（3）服務器具有UCMM功能，客戶機通過發(fā)送Allocate Master/Slave_Connection_Set信息，建立顯式信息連接。通過建立的顯式信息連接，可以分配預定義主從連接。上述過程成功完成后，服務器（具有UCMM功能）成為組2服務器，客戶機成為它的主站（組2客戶機），客戶機可任意使用UCMM產生的顯式信息連接或組2中的預定義主從連接8組顯式信息連接?？蛻魴C在兩種顯式信息連接都能使用的情況下，優(yōu)先使用預定義主從連接中分配的顯式信息連接。在這種情況下，服務器在設計時就應考慮具有處理這兩種連接的能力。 如果服務器對Allocate_Master/Slave_

8、Connection_Set信息產生錯誤響應，則認為服務器不支持預定義主從連接組，或者該服務器已經充當其它組2客戶機的組2服務器。錯誤響應信息中的錯誤代碼可以用于判定是哪種情況發(fā)生。（4）如果對Allocate_Master/Slave_Connection_Set信息成功響應，則意味著服務器按照服務的要求配置了預定義主從連接組的實例，確認了自己的主站，并阻止其它客戶機再使用預定義主從連接組成為其主站，轉到步驟（6）。9（5）客戶機將向服務器的僅限組2未連接顯式請求信息端口發(fā)送Allocate_Master/Slave_Connection_Set信息，分配預定義主從連接組。 如果預定義主從連

9、接組還沒被分配，服務器發(fā)送響應成功信息，表明它已將連接組分配給該客戶機，轉到步驟（6）。 如果向服務器的僅限組2未連接顯式請求信息端口發(fā)送Allocate_Master/Slave_ Connection_Set信息后客戶機超時，那么客戶機會再次發(fā)送同一分配信息。如果再次出現超時，則客戶機認為服務器設備不在當前鏈路上，分配失敗。10（6）分配過程結束。 在任意給定的時間里只有一個主站（客戶機）能對一個從站（服務器）分配預定義主從連接。僅限組2客戶機在對僅限組2服務器執(zhí)行其它任何事務前，必須確信對相應僅限組2服務器的分配已成功完成。 117.2.2 預定義主從連接的使用 如果顯式連接已經建立，可

10、以通過顯式連接進行I/O連接的分配、各種屬性參數的配置，如屬性值的設置、獲取等。實際上，I/O連接的建立有兩種途徑：主站可以通過僅限組2未連接信息建立I/O連接，還可以通過顯式信息連接建立I/O連接。建立起的I/O連接是未激活的，必須通過顯式連接設置I/O連接的expected_packet_rate屬性值來激活。激活I/O連接后才能進行I/O數據的交換。釋放顯式連接或I/O連接可以通過僅限組2未連接顯式信息或顯式信息進行。 在預定義主從連接中，從站建立的連接實例ID是已經定義好的，包括顯式信息連接、位-選通連接、輪詢連接、狀態(tài)變化或循環(huán)連接、多點輪詢連接。 127.3 預定義主從連接的實例

11、7.3.1 顯式信息連接1. 顯式信息連接的建立 在顯式連接（顯式信息連接）的建立過程中，會用到以下兩條信息：n僅限組2未連接顯式請求信息：該信息端口用于分配或釋放預定義主從連接組。此端口（組2，信息ID=6）已預留，不可用作其它用途。 n僅限組2未連接顯式響應信息：該信息端口用于響應僅限組2未連接顯式請求信息。這些信息采用與顯式響應信息相同的標識符（組2，信息ID=3）發(fā)送。 13 從站處于在線狀態(tài)后，可以接收主站發(fā)送的僅限組2未連接顯式請求信息。主站與從站建立顯式信息連接，需要發(fā)送分配主圖7-1顯式信息連接的建立從連接組請求信息，數據域的格式如表74所列。在從站節(jié)點中，如果接收到分配顯式信

12、息連接的請求，將建立一個顯式連接實例，即連接類（Class ID 5）實例1。圖7-1給出了一個顯式信息連接建立過程的例子，這里假設主站的MAC ID為03hex，從站的MAC ID為09hex。142. 通過顯式信息連接傳送顯式信息 主站和從站之間建立顯式信息連接后，就可以進行顯式信息的通信。顯式信息通信是通過顯式請求、響應信息進行的，顯式請求信息用于執(zhí)行如讀、寫屬性等操作；顯式響應信息表明對顯式請求信息的服務結果。在從站中，顯式請求和響應信息由一個連接對象實例接收和發(fā)送。 從圖7-2可以看出，顯式連接交換的信息一般指一些連接實例屬性的獲取、設置以及其他連接的配置（如：分配輪詢連接等）。主節(jié)

13、點請求分配輪詢I/O連接并得到從節(jié)點的成功響應后，就與從節(jié)點成功地建立了輪詢I/O連接，其他I/O連接的建立與激活與輪詢連接類似。圖7-2 主從節(jié)點間顯式連接信息交換過程157.3.2 輪詢連接 輪詢連接是預定義主從連接組中定義的四種I/O連接之一，輪詢連接實例ID為2。輪詢連接傳送的是I/O輪詢命令和響應信息。輪詢命令由主站發(fā)送，主站向每個要輪詢的從站發(fā)送不同的輪詢命令。輪詢響應是從站收到輪詢命令后發(fā)送回主站的I/O信息。在從站中，輪詢命令和響應信息的接收和發(fā)送由同一個連接對象實例來完成。 輪詢連接是點對點的，輪詢命令可以將任意數量的數據（整體或分段）發(fā)送到目的從站設備，輪詢響應信息可由從站

14、向主站返回任意數量（整體或分段）的數據或狀態(tài)信息。161. 輪詢連接實例的建立 輪詢連接實例可以通過未連接顯式信息或顯式信息建立。圖72中給出的就是主站通過顯式信息請求分配輪詢連接的例子。2. 通過輪詢連接傳送I/O數據 主從節(jié)點間成功建立輪詢連接并且主節(jié)點向從節(jié)點設置一次輪詢連接的EPR屬性值后，輪詢連接即處于已建立狀態(tài)，支持傳送I/O數據。主站對不同的從站發(fā)送不同的輪詢命令，輪詢命令的數據由具體的應用決定，連接ID與從站的MAC ID有關。從站接收到主站發(fā)給自己的輪詢命令后，可以執(zhí)行以下動作之一：17n忽略輪詢命令（從站設備不支持該命令或沒有分配輪詢連接）n 消費輪詢命令及其所含數據； n

15、消費輪詢命令，把它作為一個觸發(fā)條件但忽略其所含數據。 從站返回的輪詢響應信息由連接ID和I/O數據兩部分組成：連接ID由從站決定，I/O數據由從站的具體應用對象決定。圖7-3給出了一個輪詢應用的例子，系統(tǒng)由1個主站和4個從站組成。187.3.3 位選通連接 位選通連接是預定義主從連接組中定義的四種I/O連接中的一種，連接實例ID為3。在位選通連接中傳送I/O位選通（BitStrobe）命令、響應信息。位選通命令是由主站發(fā)送的一種I/O信息，位選通命令具有多點發(fā)送功能，多個從站能同時接收并響應同一個位選通命令。位選通響應是從站收到位選通命令后發(fā)送回主站的I/O信息。在從站中，位選通命令和響應信息

16、的接收和發(fā)送由同一個連接對象來完成。 位選通命令、響應信息能迅速在主站和它的位選通從站間傳送少量的I/O數據。在I/O數據量少時（少于8字節(jié)），該傳送方式是非常有效的。位選通命令向其MAC ID已經在主站掃描表中的每個從站發(fā)送一位數據；位選通響應從每個從站向主站返回最多達8字節(jié)的數據、狀態(tài)信息。19201. 位選通I/O連接實例的建立 位選通I/O連接實例可以用未連接顯式信息或顯式信息建立。與圖7-2中給出的主站請求分配輪詢連接的建立相似，主站請求分配位選通連接，從節(jié)點認可建立位選通連接后，向主節(jié)點返回分配位選通連接成功的響應，并在節(jié)點內部建立連接實例。 2. 通過位選通連接傳送I/O數據 主

17、從節(jié)點間成功建立位選通I/O連接并且主節(jié)點向從節(jié)點設置一次位選通的EPR時間后，位選通連接即處于已建立狀態(tài)，可以傳送I/O數據。位選通命令信息包含一個64位（8字節(jié)）輸出數據的位串，一個輸出位對應網絡上的一個MAC ID（063）。CAN數據域的第0字節(jié)的第0位分配給MAC ID0，第7字節(jié)的第7位分配給MAC ID63。位選通命令示意圖如圖7-5所示。圖7-5 位選通命令示意圖21227.3.4 狀態(tài)變化或循環(huán)連接 預定義主從連接組支持狀態(tài)變化（Change of State，COS）或循環(huán)（Cyclic）的點到點連接，傳送的信息是I/O狀態(tài)變化、循環(huán)信息。與其它的I/O連接有所不同是，主站

18、和從站都可主動發(fā)送狀態(tài)變化、循環(huán)命令（通知）信息，返回的應答信息作為響應信息。無論在主站或從站中，生產狀態(tài)變化（循環(huán)）命令信息和消費應答信息都由同一個連接對象實例發(fā)送或接收，消費狀態(tài)變化命令（循環(huán)）信息和生產應答信息由另一個連接對象接收或發(fā)送。 狀態(tài)變化（COS）和循環(huán)（Cyclic）只能配置一個，即任意情況下這兩種連接只能存在一種。 237.3.5 多點輪詢連接 多點輪詢連接是預定義主從連接組中定義的4種I/O連接中的一種，傳送的信息是I/O多點輪詢信息。多點輪詢命令是一個由主站發(fā)送的I/O信息，指向一個或多個從站。多點輪詢響應是在接收到多點輪詢命令時，從站返回給主站的I/O信息。在從站內，

19、多點輪詢命令和響應信息由同一連接對象接收或發(fā)送。 多點輪詢連接在其多點性能上有別于點對點的輪詢連接。任何數量的從站都可屬于主站的多點通信組。每個主站可以對多個從站進行分組。 7.4 使用預定義主從連接組的說明 預定義主從連接組使用簡單，實例的分配已經在規(guī)范中進行了定義，僅限組2的服務器設備使用預定義主從連接組就足以滿足DeviceNet網絡運行的一般需要。為了與僅限組2服務器建立通信，客戶機必須支持預定義主從連接組（至少支持組中的顯式信息連接）。7.4.1預定義主從連接對過濾器的要求 由于主站設備與從站設備接收信息要求不同，主站、從站需要不同的信息過濾能力。1. 主站設備信息過濾 主站設備（客

20、戶機）向從站設備發(fā)送各種預定義主從連接組命令時，應該接收到所有從站返回的響應，考慮到大量的24 組合和有限的CAN接收過濾器，大多數主站接收所有信息并通過軟件進行過濾。2. 從站設備信息過濾 從站設備（僅限組2服務器）對過濾器的要求主要由該設備支持的數據傳送方式決定，但一個從站的過濾器必須允許以下三種信息的標識符通過： n 重復MAC ID檢測信息；n 僅限組2未連接顯式請求信息；n 主站的顯式請求信息。257.4.2 僅限組2設備的預留端口 與具有UCMM功能的設備留有UCMM端口類似，僅限組2設備（包括主設備、從設備）始終留有一個組2未連接顯式信息端口。僅限組2設備上線之后，在預定義主從連

21、接組分配之前，只有僅限組2未連接顯式請求信息端口和重復MAC ID檢查信息端口為活動端口。圖7-11和7-12分別給出了支持UCMM設備和僅限組2設備的外部示意圖，重復MAC ID檢測信息端口沒有在圖中畫出來，但所有設備必須一直支持該端口。 與使用UCMM（組3中）建立顯式信息連接不同的是，僅限組2設備（無UCMM功能）接收和處理僅限組2未連接顯式請求信息。僅限組2未連接請求使用一條組2信息完成，該信息MAC ID內容中包含有目的接收者的MAC ID且其信息ID被設置成6。2627圖7-11 UCMM設備在顯式信息分配前的設備接口示意圖28圖7-12 在預定義主從連接組分配前的僅限組2設備端口

22、示意圖 可被當作僅限組2未連接顯式請求信息發(fā)送的有效服務為： Allocate_Master/Slave_Connection_Set信息，服務碼為4Bhex； Release_Master/Slave_Connection_Set信息，服務碼為4Chex。 在建立顯式連接之前，如果一個僅限組2服務器（無UCMM功能）接收到一個僅限組2未連接請求信息，而且該信息不是Allocate/Release_Master/Slave_Connection_Set請求，那么會返回一個通用出錯代碼為02的錯誤響應（資源不可用），錯誤附加代碼為DeviceNet對象特定附加出錯代碼03。一旦主站分配了主從顯式

23、信息連接，則主站就可以與從站進行顯式信息通信。297.4.3 僅限組2客戶機的功能 充當僅限組2客戶機的設備必須能進行下列工作：（1） 替其所管理的僅限組2服務器提供UCMM功能 僅限組2客戶機必須： n截取其他客戶機或第三方工具向其管理的僅限組2服務器發(fā)送的UCMM請求信息。 n代替它所管理的僅限組2服務器返回UCMM響應信息，即使連接被拒絕，仍須產生響應信息。在UCMM響應中，源信息ID必須為4，通過UCMM建立起來的顯式信息連接只能使用組3信息。因此，這種顯式信息連接只能建立惟一一個，且其連接實例ID為1。30 未連接顯式信息連接請求的截取和響應過程參見圖7-13，其中的工具也作為一個客

24、戶機。 圖7-13中，工具試圖建立到MAC ID為10hex的設備的連接。工具發(fā)送一個未連接的打開顯式信息連接請求信息到MAC ID為10hex的服務器。掃描器（僅限組2客戶機）截取了該信息并返回一個打開顯式連接響應信息。工具并不知道DeviceNet掃描器截取了其請求并替僅限組2服務器做出了響應。工具認為它直接和MAC ID為10hex的服務器建立了一個顯式信息連接。3132圖7-13 僅限組2客戶機對打開顯式信息連接請求圖（2） 截取第三方工具（客戶機）顯式信息請求 截取信息后，將該信息通過僅限組2客戶機擁有的僅限組2顯式信息連接發(fā)送到僅限組2服務器，僅限組2客戶機再將僅限組2服務器的響應

25、信息轉發(fā)給第三方工具（或客戶機）。注意：對連接類的實例1的訪問除外，在對連接類實例1進行訪問時，僅限組2客戶機不轉發(fā)信息而在本節(jié)點完成這個功能，同時返回正確的響應。 在打開顯式信息連接響應中，實際信息體格式區(qū)的值是確定的，在僅限組2客戶機分配預定義主從連接的標識符時，由僅限組2服務器決定該值。33（3） 僅限組2客戶機丟失的處理 如果僅限組2客戶機在DeviceNet網絡上出現故障或停止通信，而客戶機和服務器都使用了休眠/看門狗定時器時，會發(fā)生下列情況：n 僅限組2客戶機與其所控制的僅限組2服務器間的所有連接超時，僅限組2服務器將連接置為超時狀態(tài)或關閉連接。n 僅限組2服務器釋放（不分配）預定

26、義主從連接組，之后任意的其他客戶機可自由獲取該服務器的控制所有權。n第三方工具（客戶機）通過僅限組2客戶機與僅限組2服務器通信的所有連接超時。工具將認為僅限組2服務器脫離34 鏈路第三方工具（客戶機）會嘗試重新建立連接。注意：第三方工具（客戶機）必須和其他客戶機一樣建立與僅限組2服務器的連接：先試UCMM 2次，然后再試組2未連接端口等。 如果另一客戶機和第三方工具幾乎在同一時刻試圖連接僅限組2服務器，則會檢測到重復嘗試，并執(zhí)行重復嘗試成為僅限組2客戶機的過程。（4） 重復嘗試成為僅限組2客戶機的處理 當兩個設備同時嘗試成為同一個僅限組2服務器的僅限組2客戶機時，兩者都嘗試向服務器的UCMM端

27、口發(fā)送建立顯式信息連接請求，兩者都超時兩次，兩者都通過發(fā)送35 Allocate_Master/Slave_Conection_Set請求信息來嘗試分配預定義主從連接組。兩者同時發(fā)送Allocate_Master/Slave_Conection_Set請求信息將導致總線出現位錯誤。 為了使兩個設備同時嘗試成為同一個僅限組2服務器的僅限組2客戶機的概率最小，任何想嘗試成為僅限組2客戶機的客戶機必須監(jiān)聽所有發(fā)送給該服務器的UCMM打開顯式信息連接請求，下面以兩個僅限組2客戶機分別為1，2時的情況加以描述。36 1客戶機想成為某個僅限組2服務器的僅限組2客戶機，1客戶機在發(fā)送兩個打開（建立）UCMM

28、連接請求信息時，監(jiān)聽其他客戶機是否向同一個服務器發(fā)送同樣的信息。如果2客戶機也在向同一個服務器發(fā)送UCMM打開連接請求信息并且其MAC ID較低時，則1號客戶機必須退后，讓2客戶機繼續(xù)進行，而不需要其他的附加條件。一旦僅限組2客戶機獲得僅限組2服務器的所有權，僅限組2客戶機就必須支持接收針對其僅限組2服務器的UCMM建立連接請求。377.5 僅限組2服務器設計舉例 僅限組2服務器（無UCMM功能）是DeviceNet中應用最廣泛的從站類型，設計較為簡單，可以根據需要選擇具有多個接收過濾器的CAN控制器，減輕CPU的負擔，提高CPU的工作效率。其他設備節(jié)點如：組2服務器（有UCMM功能）、客戶機

29、（有UCMM功能）等，設計較為復雜，需要接收處理多種信息，因此對處理器的速度要求較高。在此以北京航空航天大學現場總線及工業(yè)測控技術研究室實際開發(fā)的DeviceNet通用型電動閥門控制器為例，介紹僅限組2服務器的設計。387.5.1 閥門遠程控制器的功能分析 DeviceNet規(guī)范中給出了許多現有的設備行規(guī)（例如： 傳感器、限位開關和變頻器等），也給出了一個具有互操作性設備應具有的設備文件的規(guī)范。DeviceNet規(guī)范為不同類型的設備分配了不同的設備類型號，如：Generic Device的設備類型號為00hex，AC Driver的設備類型號為02hex等。如果生產商所開發(fā)的設備類型可以在De

30、viceNet規(guī)范中找到相同的或類似的，那么可以使用設備文件中定義好的對象模型；如果沒有合適的設備文件可以使用Generic Device的設備類型，并將設備文件填寫清楚，以便在使用時實現互操作。另外生產商還可以自定義一種設備類型并提交給ODVA，如果ODVA確認了該設備類型，會將該規(guī)范公布征求意見，最終做出決定是否將該設備文件添加到DeviceNet協(xié)議規(guī)范中。39 DeviceNet規(guī)范中定義了過程控制閥門（Process Control Valve）的設備規(guī)范，其設備類型號為1Dhex（征求意見稿），并給出了相應的對象模型。在DeviceNet規(guī)范中的過程控制閥門有兩種，一種是閉環(huán)控制的

31、調節(jié)閥，另一種是簡單的閥門定位器。給出的對象模型中有8個必須的類： Identity（標識類），Message Router（信息路由器），DeviceNet（DeviceNet類），Connection（連接類），Assembly（組合類），SDevice Supervisor（S設備監(jiān)控類），SAnalog Actuator（S模擬執(zhí)行器類），SSingle State Controller（S單級控制器類）。其他的類可根據需要增加。40 本文討論的閥門遠程控制器用于通用型電動閥門，現將通用型閥門的控制要求簡單介紹如下：n 采集閥門的開度，用百分比表示（0100）；n 設定閥門的開度，用于設定閥門