CAN總線和基于CAN總線的高層協議

1 引言
從1982年2月 RobertBosch公司在SAE(汽車工程協會)大會上宣布CAN控制器局部網的那一刻開始, CAN已經走過20多年的歷史。1992年,Mercedes(奔馳)在他們的高級客車中使用CAN技術,相繼Volvo、Volkswagen、BMW 等幾十家公司都在各自的汽車上應用CAN技術。今天,在歐洲幾乎每一輛新客車均裝有CAN控制器局部網。CAN技術近年在我國發展也比較迅猛,國內的高級客車也都開始應用CAN技術。
CAN的協議在應用過程中,用戶層直接訪問數據鏈接層,每個廠商提供的數據調用方式各不相同,而CAN的標準沒有規定應用層的相關信息,因此,CAN設備的兼容性和互換性不是很規范。而且,隨著應用領域的擴展,CAN協議在實際工業控制應用過程中,即使執行一些簡單的分布式網絡,除了標準中的物理層和數據鏈接層外,客戶還要求有更多的功能,如發送長于8字節的數據塊、響應和確定數據傳送、標識符分配、網絡節點的狀態等。如果這些功能正確執行,通信和應用過程的界線就十分清晰,將明顯提高各個廠商之間的設備互換性和兼容性。鑒于這些原因,產生了一些針對不同的目的和要求的基于CAN協議的較高層協議標準。下面就對CAN 協議及其較高層協議DeviceNet和CANopen進行一些比較。

2 三種協議的比較項目
CAN(Controller Area Network)1993年形成了CAN總線國際標準,2003年又進行了修訂,是BOSCH公司為改進汽車內部電器線路開發的一種總線。CAN協議的實現簡單,成本低,可靠性高,抗干擾能力強。
DeviceNet在美國市場占有率比較高,它是由美國Rockwell公司在CAN的基礎上推出的一種低成本的通信鏈接,它使用抽象的對象模型,其協議和規范都是開放的,用戶將設備連接到系統時無需購買硬件、軟件和許可權。
CANopen 是由CiA(CAN in Aoutmation)成員編制,主要盛行于歐洲,它在通訊和系統服務以及網絡管理方面使用了CAL(CAN Application Layer)子集,設備建模是借助于對象目錄而基于設備功能性的描述,標準設備以設備子協議的形式規定。CANopen標準由CiA同行機構集團支持,設備子協議由CiA中專門的同行機構制定。
本文就以下項目對三種協議進行比較。
(1) 信息標識符的分配;
(2) 數據交換的方法;
(3) 建立信息連接的方法;
(4) 網絡管理;
(5) 設備建模和子協議。
2.1 信息標識符的分配
由于CAN采用非破壞性的仲裁方法,因此,標識符決定了塊信息傳送的優先權和信息等待時間,信息標識符的分配的方法被認為是 CAN系統的主要結構元素,它同時也影響了信息濾波和標識符的使用效率問題。
由于標識符分配的方法不同,不同的協議在解決方案已把不同的原則考慮進去。CAN基本協議和DeviceNet的標識符采用預定義的方式,不同的是在 CAN 協議中節點標識符在設計時被確定后就不能動態更改,而DeviceNet每個節點預定義多個標識符,不同的功能標識符優先級不同。在CANopen協議中,除了預定義了一些用于管理的標識符外,其它標識符統一組成一個通用的標識符庫,用戶可根據設備的需要進行手動或者自動分配所有的設備標識符。這樣的分配方案用戶就可以完全自由決定標識符的使用及系統實時通訊的過程。

表1 DeviceNet關于CAN標識符的使用分配