曙光电子CAN总线培训资料

现场总线控制系统

曙光电子/第5章、CAN总线通信技术

5.1概述5.1.1CAN的发展概况现代社会对汽车的要求不断提高，这些要求包括：极高的主动安全性和被动安全性；乘坐的舒适性；驾驶与使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。在汽车设计中运用微处理器及其电控技术是满足这些要求的最好方法，而且已经得到了广泛的运用。目前这些系统有：ABS（防抱系统）、EBD（制动力分配系统）、EMS（发动机管理系统）、多功能数字化仪表、主动悬架、导航系统、电子防盗系统、自动空调和自动CD机等。5.1.1CAN的发展概况这些系统由多个电控单元相互连接而成，可分为控制器、传感器、执行器等。同时各个系统之间也互相连接，进行着越来越多的数据交换。这样就需要使用大量的线束和插接器来实现互连，进行它们之间的数据交换。随着汽车电子技术的不断发展，这种需求的增长是惊人的（如图）。5.1.1CAN的发展概况由于线束和插接器的数量不断增加，整车电子系统的复杂程度愈来愈高，其可靠性将难以保证，故障率会提高，维修会更加困难。为了满足汽车内部信息交换量急剧增加的要求，有必要使用一种实现多路传输方式的车载网络系统。这种网络系统采用串行总线结构，通过总线信道共享，减少线束的数量。

车载网络除了要求采用总线拓扑结构方式外，必须具有极好的抗干扰能力；极强的差错检测和处理能力；满足信息传输实时性要求；同时具备故障的诊断和处理能力等。另外考虑到成本因素，要求其控制接口结构简单，易于配置。5.1.1CAN的发展概况20世纪80年代，Bosch的工程人员开始研究用于汽车的串行总线系统，因为当时还没有一个网络协议能完全满足汽车工程的要求。参加研究的还有Mercedes-Benz公司、Intel公司，还有德国两所大学的教授。1986年，Bosch在SAE（汽车工程人员协会）大会上提出了CAN1987年，INTEL就推出了第一片CAN控制芯片—82526；随后Philips半导体推出了82C200。1993年，CAN的国际标准ISO11898公布从此CAN协议被广泛的用于各类自动化控制领域。5.1.1CAN的发展概况1992年，CIA（CANinAutomation）用户组织成立，之后制定了第一个CAN应用层“CAL”。1994年开始有了国际CAN学术年会（ICC）。1994年美国汽车工程师协会以CAN为基础制定了SAEJ1939标准，用于卡车和巴士控制和通信网络。到今天，几乎每一辆欧洲生产的轿车上都有CAN；高级客车上有两套CAN，通过网关互联；1999年一年就有近6千万个CAN控制器投入使用；2000年销售1亿多CAN的芯片；2001年用在汽车上的CAN节点数目超过1亿个。但是轿车上基于CAN的控制网络至今仍是各大公司自成系统，没有一个统一标准。5.1.1CAN的发展概况基于CAN的应用层协议应用较通用的有两种：DeviceNet（适合于工厂底层自动化）和CANopen（适合于机械控制的嵌入式应用）。任何组织或个人都可以从DeviceNet供货商协会（ODVA）获得DeviceNet规范。购买者将得到无限制的、真正免费的开发DeviceNet产品的授权。DviceNet自2002年被确立为中国国家标准以来，已在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山等各个行业得到成功应用，其低成本和高可靠性已经得到广泛认同。5.1.2CAN的性能特点有专门的国际标准ISO11898。任一节点可在任一时刻主动发送。报文以标识符分为不同的优先级，可满足不同的实时性要求。优先级最高的报文保证134us内得到传输。非破坏性总线仲裁技术，大大节省了总线冲突的仲裁时间。通过对报文滤波可实现点对点、一点对多点和全局广播等多种传送方式。速率最高可达1Mbps，最远可达10km节点数可达110个，标识符几乎不受限制5.1.2CAN的性能特点短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，适于工业环境每帧信息都采用CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低。通信介质选择灵活（双绞线、同轴电缆或光纤）错误严重情况下自动关闭输出，保证不影响总线上其他节点通信。性价比高，器件容易购置，节点价格低。开发技术容易掌握，能充分利用现有的单片机开发工具。5.1.3位数值表示和通信距离“显性”位0和“隐性”位1若总线上有两个以上驱动器同时分别发送“0”和“1”，其结果是总线数值为显性“0”

。CAN总线上两个节节点间的最大大距离速率kbps1000500250125100距离m40130270530620速率kbps5020105距离m130033006700100005.2CAN技术规范1991年9月BOSCH公司发布了CAN技术规范2.0，该技术规范范包括A和B两部分。2.0A给出了CAN报文的标准格格式2.0B给出了标准的的和扩展的两两种报文格式式1993年11月ISO正式将它颁布布为：道路交交通工具-数据信息交换换-高速通信控制制器局域网标标准ISO11898。2.0B完全兼容2.0A。所以我们介介绍2.0B。5.2.1基本概念位速率在一个给定的的CAN系统里，位速速率是唯一且且固定的远程数据请求求通过发送远程程帧，需要数数据的节点可可以请求另一一节点发送相相应数据帧仲裁当总线开放时时任何单元均均可开始发送送报文，运用用非破坏性逐逐位仲裁规则则解决潜在冲冲突：在标识识符（仲裁区区）发送期间间，每个发送送器都监视总总线上当前的的电平，并与与它发送的电电平进行比较较，如果相等等则继续发送送，如果发送送一个隐性位位（1）而检测到的的是一个显位位（0），那么此节节点失去仲裁裁，立即停止止后续位的发发送。仲裁区区值最小的竞竞争者将赢得得仲裁。5.2.1基本概念——标识符的逐位位仲裁显性隐性失去仲裁节点1节点2线上可见5.2.2依据OSI模型的CAN的分层结构位编码/解码位定时同步驱动器接收器器特性逻辑链路子层层LLC接收滤波超载通知恢复管理介质访问控制制子层MAC数据包装/解包帧编码介质访问管理理错误监测出错标定应答串并转换数据链路层物理层故障界定总线故障管理理监控器5.2.3报文传送及其其帧结构帧格式和帧类类型标准帧11位标识符扩展帧29位标识符帧类型数据帧、远程程帧、错误帧帧和过载帧编码规则1）位填充：发发送器监视发发送位流，连连续5个相同位便自自动插入一个个补码位。（（错误帧和过过载帧以及帧帧结束标志不不执行位填充充）2）采用不归零零（NRZ）编码数据帧由7个不同的场组组成。数据场场长度可为0CAN2.0B存在标准和扩扩展两种帧格格式为了设计简单单，可以对标标准格式执行行部分扩展，，不一定要完完全扩展可以用整个标标识符进行报报文滤波，也也可以把标识识符屏蔽一部部分进行报文文滤波仲裁场控制场数据场CRC场帧间空间帧结束帧起始ACK场帧间空间数据帧数据帧的标准准格式和扩展展格式标准格式扩展格式仲裁场控制场数据场11位标识符SOFRTRIDEr0DLC仲裁场控制场数据场11位标识符SOFRTRIDEDLC18位标识符r1r0SRR数据帧的标准准格式和扩展展格式帧起始（SOF）仅由一显位构构成。所有站站都必须同步步于首先发送送的那个帧起起始前沿仲裁场（标准准格式）由11位标识符ID28~ID18、远程发送请请求位RTR组成，其中ID高七位不可全全为1（隐性）。仲裁场（扩展展格式）由29位标识符ID28~ID0、SRR位、IDE位、RTR位组成SRR是隐性位，它它用于替代标标准格式的RTR位。IDE=1（隐性）代表表扩展格式。。IDE位在扩展格式式中位于仲裁裁场而在标准准格式中位于于控制场。数据帧的标准准格式和扩展展格式控制场由6个位组成数据长度码DLC3~DLC0指示数据场的的字节数，0~8，其他数值不不允许使用。。保留位r1和r0必须为0，IDE(标准格式)=0数据场：0~8个字节，8位/字节，MSB先发CRC场由15位CRC序列和1位CRC界定符组成。。CRC界定符为一隐隐性位。保留位控制场数据场或CRC场数据长度码仲裁场IDE/r1r0DLC3DLC2DLC1DLC0数据帧的标准准格式和扩展展格式应答场为2位，包括应答答间隙和应答答界定符，不不进行位填充充。在应答间隙时时间，发送器器发隐位；所所有正确接收收到有效报文文的接收器发发一个显位。。应答界定符为为隐位(1)。帧结束：由7个隐位组成，，不进行位填填充。远程帧需要数据的节节点可以发送送远程帧请求求另一节点发发送相应数据据帧远程帧的RTR位是隐性的，，它没有数据据场，所以数数据长度码没没有意义。错误帧错误帧由两个个不同的场组组成，第一个个场是不同站站提供的错误误标志的叠加加，第二个场场是错误界定定符。错误标志分两种，主动动错误标志（（6个显性位）和和被动错误标标志（6个隐性位）检测到错误条条件的“错误主动”站发送主动错错误标志，这这样一来所有有其他站都会会检测到错误误条件并开始始发送错误标标志。叠加在在一起最多12个显性位错误标志的重重叠错误界定符帧间空间或过过载帧错误帧数据帧错误标志错误帧检测到错误条条件的“错误被动”站发送被动错错误标志。从从那时开始，，等待6个相同极性的的位，一旦等等到，被动错错误标志就算算完成错误界定符包括8个隐性位。一一个站发送错错误标志以后后，就发送一一个隐性位，，并一直监视视总线，直到到发现一个隐隐性位，就发发送其余7个隐性位。过载帧过载帧包括两两个场：过载载标志（6个显位及其叠叠加）和过载载界定符（8个隐位）导致发送过载载标志的条件件：①接收器内部部要求延迟下下一个数据帧帧或远程帧，，②在间歇场场第一或第二二位检测到一一个显性位过载标志的形式与主动动错误标志一一样一个站发出过过载标志，其其他站都将检检测到过载条条件并发出过过载标志。过载界定符的形式与错误误界定符一样样。过载标志志发送后，站站就监视总线线直到发现从从显位到隐位位的跳变，然然后发送其余余7个隐性位。过载标志的重重叠过载界定符帧间空间或过过载帧过载帧帧结束或错误误界定符或过过载界定符过载标志帧间空间对于数据帧或或远程帧，无无论它前面是是什么帧，都都用帧间空间间来分开；但但是对于过载载帧或错误帧帧，没有帧间间空间与前面面帧分开间歇场由3个隐位组成。。间歇场期间间不允许启动动发送数据帧帧或远程帧。。总线空闲周期期可为任意长长度。此时，，总线是开放放的，任何站站可随时发送送。间歇场总线空闲帧帧间空间帧5.2.4错误类型和界界定5种错误类型：：位错误：发送送器监视到总总线位数值与与发出的位数数值不同。仲仲裁场填充位位和应答间隙隙发出隐位而而检测到显位位则例外填充错误：应应该使用位填填充的地方出出现第6个相同位。CRC错误：计算结结果与收到的的CRC不同形式错误：固固定形式的位位场中出现非非法位应答错误：在在应答间隙，，发送器未检检测到显位5.2.4错误类型和界界定检测到CRC错误，应在应应答界定符后后发送错误标标志；检测到到其他错误应应在下一位发发送错误标志志。节点的3种故障状态：①错误主动动，②错误被被动，③总线线关闭正常情况下节节点是“错误主动”站，此类站检测测到错误时发发送主动错误误标志出现错误较多多的节点转为为“错误被动”站，此类站检测测到错误时只只能发被动错错误标志出现太多错误误时节点转为为“总线关闭”状态，此时节点不不可对总线有有任何影响（（例如关闭输输出驱动器））5.2.4错误类型和界界定为了界定故障障，在每个节节点中都有两两种计数——发送错误计数数和接收错误误计数，按照照以下规则计计数：接收器检出错错误时，接收收错误计数器器加1接收器在送出出错误标志后后第一位检出出一个显位，，接收错误计计数器加8发送器送出一一个错误标志志时，发送错错误计数器加加8送出一个错误误标志或过载载标志时检测测到位错误，，发送错误计计数器加8报文成功发送送后发送错误误计数器减15.2.4错误类型和界界定报文成功接收收后接收错误误计数器减1，但若其>127则将其置为119到127之间某数发送错误计数数器>127或接收错误计计数器>127，节点置“错误被动”状态发送错误计数数器>255，节点置“总线关闭”状态两个计数器均均小于等于127，错误被动节节点置为错误误主动节点在检测到总线线上连续11个隐位发生128次后，总线关关闭节点变为为错误主动节节点且两个计计数器清05.2.5位定时与同步步一个标称的位位时间分为：：同步段、传传播段、相位位缓冲段1、相位缓冲段段2。同步段用于同同步各节点，，正常情况下下跳变沿落在在此段内传播段用于补补偿网络内的的传输延时采样点时刻读读取的电平代代表这个位的的电平同步段4时间份额1时间份额1位时间=10时间份额传播段1时间份额4时间份额相位缓冲段1相位缓冲段2采样点5.2.5位定时与同步步时间份额由振振荡器周期分分频而得各时间段长度度为：同步段段1份额，传播段段1~8份额，相位缓缓冲段1，1~8份额，相位缓缓冲段2，Max(相位缓冲段1，信息处理时时间)，其中信息处处理时间<=2份额。一个位位的总时间份份额数为8~25，可以编编程。同步的规规则：在总线空空闲时，，只要检检测到一一个隐性性到显性性的边沿沿，就执执行一次次硬同步步（以该该边沿作作为同步步段）在总线不不空闲时时，若边边沿落在在同步段段以外，，则按其其与同步步段之差差执行再再同步：：5.2.5位定时与与同步再同步情情况①：：边沿落落在同步步段以后后，则把把所差份份额加到到相位缓缓冲段1再同步情情况②：：边沿沿落在同同步段以以前，则则从相位位缓冲段段2减去所差差份额再同步所所加减的的份额有有个上限限，该上上限可取取值1~4个时间份份额，但但不可大大于相位位缓冲段段1。因为有位位填充规规则，所所以可用用于再同同步的边边沿在一一定时间间内总会会出现。。最大可可能时间间间隔是是29个位。一个位时时间内只只能执行行一次同同步一般只把把隐性到到显性的的边沿用用于同步步5.3CAN控制器和和CAN收发器简简介5.3.1CAN控制器的的作用完成CAN规范所规规定的物物理层和和数据链链路层大大部分功功能有微处理理器接口口，易于于连接单单片机结构分两两种类型型，独立立IC或与单片片机集成成在一起起，SJA1000属于前者者属于后者者的有：：PHILIPS的87C591、LPC2119，西门子子的C167C，INTEL的80C196CA等都遵循CAN2.0规范，掌掌握其中中一种就就可触类类旁通5.3.2CAN控制器SJA1000主要特性性28引脚，可可与INTEL系列或MOTOROLA系列微处处理器接接口支持CAN2.0A和CAN2.0B规范支持11位和29位标识符符64字节先进进先出(FIFO)接收缓冲冲器通信速率率最高1MbpsCAN输出驱动动器可配配置工作温度度-40~125℃扩展的报报文验收收滤波器器，可置置成单滤滤波或双双滤波模模式CAN控制器SJA1000在系统中中的位置置传感器执行元件件MMI模块控制制器CAN控制器CAN收发器TXRX传感器执行元件件MMI微控制器器SJA100082C250TXRXCAN总线分布模块块1分布模块块2SJA1000的模块结结构发送缓冲冲区验收滤波波器接收FIFOCAN2.0B核心模块块接口管理理逻辑主控制器器收发器SJA1000CAN总线线路路SJA1000发送缓冲冲器的布布局CAN地址内容16TX帧信息17TX标识码118TX标识码219TX数据字节120TX数据字节221TX数据字节322TX数据字节423TX数据字节524TX数据字节625TX数据字节726TX数据字节827未用28未用标准帧格格式CAN地址内容16TX帧信息17TX标识码118TX标识码219TX标识码320TX标识码421TX数据字节122TX数据字节223TX数据字节324TX数据字节425TX数据字节526TX数据字节627TX数据字节728TX数据字节8扩展帧格格式SJA1000接收缓冲冲器(FIFO)的布局地址内容(标准帧)内容(扩展帧)16RX帧信息RX帧信息17RX标识码1RX标识码118RX标识码2RX标识码219RX数据字节1RX标识码320RX数据字节2RX标识码421RX数据字节3RX数据字节122RX数据字节4RX数据字节223RX数据字节5RX数据字节324RX数据字节6RX数据字节425RX数据字节7RX数据字节526RX数据字节8RX数据字节627RX数据字节728RX数据字节8SJA1000接收标准准帧报文文的单滤滤波器配配置标识符数据字节节1~2SJA1000接收扩展展帧报文文的单滤滤波器配配置29位标识符符SJA1000接收标准准帧报文文的双滤滤波器配配置SJA1000接收扩展展帧报文文的双滤滤波器配配置SJA1000与单片机机典型接接口电路路5.3.3CAN收发器82C250主要特性性符合ISO11898标准，最最高速率率1Mbps；抗汽车环环境瞬间间干扰，，具有保保护总线线能力；；斜率控制制，降低低射频干干扰RFI；热保护以以及电源源和地短短路保护护；低电流待待机模式式；未上电的的节点对对总线无无影响；；可连接110个节点；；工作温度度-40～+125℃。5.3.3CAN收发器82C250主要特性性内部具有有限流电电路，可可防止发发送输出出级对电电源、地地或负载载短路。。虽然短短路出现现时功耗耗增加但但不至于于损坏器器件。若若结温超超过160℃℃，则两个个输出端端电流限限将减小小，从而而限制了了芯片温温升。器器件的所所有其他他部分将将继续工工作。双双线差分分驱动有有助于抑抑制汽车车等恶劣劣电器环环境下的的瞬变干干扰。5.3.3CAN收发器82C250PCA82C250收发器的的典型应应用如图图。SJA1000的RX和TX分别通过过光电隔隔离电路路连接到到82C250，82C250的差动收收发端CANH和CANL连接到总总线电缆缆。输入入RS用于模式式控制。。Vref输出电压压是0.5××Vcc，（Vcc=5V）。CAN总线系统统智能节节点硬件件设计5.4DeviceNet简介5.4.1DeviceNet技术概述述如图，在在Rockwell提出的三三层网络络结构中中，DeviceNet处于最底底层，即即设备层层。5.4.1DeviceNet技术概述述工业控制制网络底底层节点点相对简简单，传传输数据据量小，，但节点点数量大大，要求求节点费费用低。。针对以上上通信要要求，DeviceNet可以提供供：低端网络络设备的的低成本本解决方方案；低端设备备的智能能化；主—从以及对对等通信信的能力力。DeviceNet有两个主主要用途途：传送与低低端设备备关联的的面向控控制的信信息；传送与被被控系统统间接关关联的其其他信息息（例如如配置参参数）。。5.4.1DeviceNet技术概述述物理/介质特性性主干线—分支线结结构；最多支持持64个节点；；无需中断断网络即即可解除除节点；；同时支持持网络供供电（传传感器））及自供供电（执执行器））设备；；使用密封封式或开开放式连连接器；；接线错误误保护；；数据波特特率可选选125、250、500kbps；标准电源源插头，，电源最最大容量量可达16A；内置式过过载保护护。5.4.1DeviceNet技术概述述通信特性性：物理信号号及MAC使用CAN；基于连接接概念的的协议，，要与设设备交换换信息须须先与它它连接；；典型的请请求/响应方式式，适用用于两个个设备间间多用途途的点对对点报文文传递；；I/O数据的高高效传输输；为长度大大于8字节的报报文提供供分段服服务；重复节点点地址（（MACID）的检测测。表5.4.1DeviceNet的主要技技术特点点网络大小最多64个节点，每个节点可支持无限多的I/O网络长度端—端网络距离随网络传输速度而变化波特率距离125kb/s500m250kb/s250m500kb/s100m网络模型生产者/消费者模型数据包0～8字节总线拓扑结构线性（干线/支线），总线供电总线寻址点对点（或一对多）；多主站和主从；轮询或状态改变（基于事件）系统特性支持设备的热插拔，无需网络断电5.4.1DeviceNet技术概述述DeviceNet的通信模模式在现场总总线领域域常用的的通信模模式有两两种：(a)源/目的模式式：(b)生产者/消费者模模式：源/目（点对对点）通通信模式式的缺点点：多个节点点间同步步动作困困难；浪费带宽宽，源节节点必须须多次发发送给不不同节点点。生产者/消费者模模式的特特点：一个生产产者，多多个消费费者；数据更新新在多个个节点同同时发生生；提供多级级优先，，适用于于实时I/O数据交换换。源节点地址目的节点地址数据校验标识符数据校验5.4.1DeviceNet技术概述述DeviceNet的通信模模型：5.4.2DeviceNet的物理层层—媒体访问问单元媒体访问问单元包包括收发发器、连连接器、、误接线线保护电电路、稳稳压器和和光隔离离器。收发器可可采用市市面上的的集成CAN收发器。。注意需需保证所所选符合合DeviceNet规范。5.4.2DeviceNet的物理层层—媒体访问问单元误接线保保护（MWP）电路如如图，要要求节点点能承受受连接器器5根线的各各种组合合的接线线错误。。在U+电压高达达18V时不会造造成永久久损害。。VD1防止U-端子误接接了U+电压；VT1作为电源源线上接接入的开开关防止止U-断开造成成损害。。5.4.2DeviceNet的物理层层—传输介质质拓扑结构构：典型型是干线线—分支方方式，，如图图。干干线末末端必必须有有终端端电阻阻。线线缆包包括粗粗缆（（干线线）、、细缆缆（支支线））。支支线最最长6m，允许许连接接多个个节点点。只只允许许在支支线上上有分分支结结构。。总线线线缆缆中包包括24VDC电源线线、信信号线线及屏屏蔽线线。总总线支支持有有源和和无源源设备备，对对有源源设备备提供供专门门设计计的光光隔离离收发发器。。5.4.2DeviceNet的物理理层—传输介介质终端电电阻：：121Ω，1%金属膜膜电阻阻，1/4W，终端端电阻阻不可可包含含在节节点中中。（（如包包含很很容易易错误误导致致阻抗抗太高高或太太低））连接器器：5针，即即1对信号号线、、1对电源源线和和1根屏蔽蔽线。。包括括密封封式和和非密密封式式连接接器。。DeviceNet连接器器5.4.2DeviceNet的物理理层—传输介介质设备分分接头头：设设备直直接通通过端端子或或通过过支线线连接接到网网络。。电源分分接头头：电电源分分接头头不同同于设设备分分接头头，它它包含含(1)连在电电源U+上的肖肖特基基二极极管，，(2)两根熔熔丝或或断路路器，，防止止总线线过电电流而而损坏坏电缆缆和连连接器器。干线的的额定定电流流为8A。也允允许外外部供供电的的设备备（如如电动动机起起动器器、阀阀门驱驱动器器等））连到到总线线，但但是要要有光光电隔隔离。。DeviceNet应该一点接接地。如果果多点接地地会造成接接地回路；；如果不接接地将容易易受到静电电以及外部部噪声的影影响。5.4.3DeviceNet的数据链路路层DeviceNet的数据链路路层遵循CAN协议规范，，并通过CAN控制芯片实实现。MAC帧：在CAN定义的4种帧格式（（数据帧、、远程帧、、超载帧、、错误帧））里面，DeviceNet不使用远程程帧。总线仲裁机机制：CSMA/NBA（带非破坏坏性逐位仲仲裁的载波波侦听多址址访问），，即CAN的仲裁机制制错误诊断和和故障界定定机制：同同CAN。5.4.4DeviceNet的应用层连接的概念念OSI7层协议中连连接的概念念：层层之间通过过接口提供供两种服务务：面向连连接的服务务和无连接接的服务面向连接：：服务双方方必须先建建立可用连连接，然后后利用该连连接完成数数据传送，，最后还要要释放建立立连接时所所需资源。。这种服务务典型的例例子是有线线电话系统统。无连接：要要传递的数数据自身携携带目的地地址信息，，因而可以以有不同的的路由选择择。这种服服务的典型型例子是邮邮寄系统。。另外，为为了增强服服务的性能能，可以引引入确认（（acknowledgement）信息，这这以牺牲一一定的传输输时间和网网络负载为为代价。连接的概念念计算机网中中“连接”可以分为不不同的层次次：实际物理媒媒介连接：：典型的点点对点连接接虚电路：通通过路由表表、队列缓缓存和相关关软件实现现。这种连连接一般用用于通信子子网的连接接，而在控控制网络中中基本不用用。面向连接的的服务：使使用软件实实现虚拟的的连接，与与其他任何何子层都没没有关系。。这种连接接一般用于于应用层的的连接，通通过一定的的技术措施施来达到“连接”的效果，给给服务调用用者造成存存在“连接”的“错觉”，其内部实实现也许既既无物理连连接也无虚虚电路连接接。DeviceNet是基于“连接”的网络，两两个节点在在开始通信信前必须事事先建立连连接，这种种连接是逻逻辑上的关关系，并不不是物理上上实际存在在的。连接的概念念DeviceNet的连接提供供了“应用”之间的路径径。当建立立连接时，，与连接相相关的传送送会被分配配一个连接接ID（CID）。如果连连接包含双双向交换那那么应当分分配两个连连接ID值。DeviceNet建立在标准准CAN2.0A协议之上，，并使用11位标准报文文标识符，，可分成4个单独的报报文组如下下表：DeviceNet的对象模型型连接对象显式报文I/O报文对象模型为为管理和实实现DeviceNet产品的属性性（可见特特性的描述述）、服务务（支持的的功能）和和行为（如如何响应特特定事件））提供了一一个模板。。节点内对象象大体可分分为通信对对象和应用用对象两类类。节点DeviceNet的对象模型型模型为每个个属性提供供了由4个数字组成成的寻址方方案，它们们分别是节节点地址（（MACID）、对象类类标识符、、实例编号号和属性编编号。这四四级地址与与显式报文文连接相结结合，将数数据从DeviceNet网络上的一一点传送到到另一点。。下表列出出四个地址址组件的范范围：地址最低最高节点063类165535实例065535属性1255DeviceNet设备里的对对象类标识对象——类标识符=01；一般只包包含一个实实例（1#实例），，该实例的的属性有：：供货商ID、设备类型型、产品代代码、版本本、状态、、序列号、、产品名称称等。报文路由对对象——类标识符=02；一般只包包含一个实实例（1#实例），该该对象向其其他对象传传送显式报报文。该对对象一般不不具有外部部可视性。。DeviceNet对象——类标识符=03；提供了节节点物理连连接的配置置及状态。。一个物理理网络接口口对应一个个DeviceNet对象。组合对象——组合多个应应用对象的的属性，便便于访问。。例如多个个应用对象象I/O数据的组合合。DeviceNet设备里的对对象类连接对象——DeviceNet产品一般至至少包括两两个连接对对象。每个个连接对象象代表DeviceNet网络上两节节点间虚拟拟连接中的的一个端点点。两种连连接类型分分别称为显显式报文连连接和I/O报文连接。。显式报文文包括属性性地址、属属性值和服服务代码来来描述所请请求的行为为。I/O报文只包含含数据。I/O报文中，所所有有关如如何处理数数据的报文文都包含在在与该I/O报文相关的的连接对象象中。参数对象——在带有可设设置参数的的设备中要要用到参数数对象。每每个实例代代表一个参参数，每个个参数的属属性包括它它的值、范范围、文本本和限制等等。应用对象——通常设备中中至少有一一个应用对对象。DN规范的对象象库中有大大量的标准准应用对象象。DeviceNet的报文DeviceNet应用层定义义了如何分分配标识符符，如何用用CAN数据区指定定服务、传传送数据。。DeviceNet使用更为有有效的生产者—消费者模式式，取代了传传统的源—目的传输方方法。该模模式要求对对信息打包包，使它具具有数据标标识区。标标识符还提提供仲裁的的手段，以以便更高效效传送I/O数据，并供供多个消费费者使用。。拥有数据的的设备生产产数据报文文，所有需需要数据的的设备在总总线上监听听报文，识识别出相应应的标识符符后就消费费此数据。。采用生产产者—消费者模式式，报文将将不再专属属于特定的的源或目的的，例如机机组控制器器发出的一一个报文，，用很窄的的带宽就可可以供多个个电动机起起动器使用用。DeviceNet的报文DeviceNet定义了两种种不同类型型的报文，，称作I/O报文和显式式报文。I/O报文适用于传输输应用和过过程数据。。I/O数据总是从从一个“生产”应用传输到到多个“消费”应用。I/O报文文格式的最最重要的特特性是完全全利用了CAN数据据场来传输输过程数据据。连接的的端点通过过CAN报报文标识符符来识别过过程数据的的重要性。。每个I/O报文使使用1个优先级高的的CAN标识识符。I/O报文通过一一点或多点点连接进行行报文交换换。报文的的含义由连连接ID（CID，CAN标识符）指指示，建立立连接就是是预先规定定该报文的的发送和接接受设备，，包括源和和目的对象象的属性，，以及数据据生产者和和消费者的的地址。DeviceNet的报文显式报文则适用于两两个设备间间多用途的的点对点传传送，采用用典型的请请求-响应通信方方式，常用用于节点的的配置、问问题诊断等等。显式报报文通常使使用优先级级低的连接接标识符。。显式报文传传送通过显显式连接对对象来实现现，在设备备中建立显显式连接对对象。显式式报文请求求指明了对对象、实例例和属性，，以及所要要调用的特特定分类服服务。显式报文格格式最重要要的特性是是CAN标识符场的的任何一部部分都不用用于显式报报文传输协协议。所有有协议都包包含在CAN数据场当中中。CAN标识符场用用作连接ID。设备之间间的每个显显式连接通通道需要2个CAN标识符，一一个用于请请求报文，，另一个用用于响应报报文。标识识符在连接接建立时确确定。DeviceNet的报文I/O报文的格式如下：显式报文的格格式如下：CAN帧头应用I/O数据CAN帧尾CAN帧头协议区&特殊服务数据CAN帧尾0～8字节0～8字节DeviceNet的报文DeviceNet为长度大于8字节的报文提提供了分段服务。大的I/O报文可以分割割成为任意多多的标准I/O报文。显式报报文也同样可可以进行分段段。分段服务务为DeviceNet提供了更多的的可扩展性和和兼容性，保保证了将来更更加复杂、更更智能化的设设备可以加入入到DeviceNet网络上。在不不改变基本协协议和连接模模型的基础上上DeviceNet面向对象的设设计和编址方方式使其有相相当大功能扩扩展余地。另一方面设备备通信也可以以非常简单。。一个含两个个报文连接的的简单从机设设备的应用（（1个I/O报文，1个显式报文）），用4KROM和175字节RAM的CPU（如Motorola68HC05X4）就可以实现现。DeviceNet的报文报文分段服务务如下图所示示：要发送的报文文重组后的报文文Frag#1Frag#2Frag#3Frag#1Frag#2Frag#3对I/O报文，若连接接对象“长度”属性大于8字节，使用分分段协议。对对显式报文，，在报文头中中有一位指出出是否分段。。DeviceNet的报文字节偏移

位76543210012

报文体↓7字节偏移

位765432100

分段协议12↓

分段报文体7不分段I/O报文数据场格格式分段I/O报文数据场格格式分段类型

分段计数器表明是首段、、中间段还是是尾段每段加1，循环计数DeviceNet的报文字节偏移

位765432100

报文头12

报文体↓7字节偏移

位765432100

报文头1

分段协议2↓

分段报文体7不分段显式报报文数据场格格式分段显式报文文数据场格式式FragXIDMACID1=要分段有效性识别码码，0、1交替，从站必必须照原样回回送R/R服务代码服务特定变量0=请求报文1=响应报文CAN标识符的使用用CID包含报文组ID、该组中的报报文ID、设备MACID。报文ID根据报文的含含义来分配。。报文组1分配了1024个CAN标识符（000H~3FFH）。该组中每每个设备最多多可拥有16个不同的报文文。同组报文文的优先级主主要由报文ID决定。2个设备同时发发送报文则报报文ID号较小的设备备优先。报文文组1通常用于I/O报文交换应用用数据。CAN标识符的使用用报文组2分配了512个标识符（400H~5FFH）。该组的大大多数报文ID可选择定义为为“预定义主/从连接集”。其中1个报文ID定义为网络管管理。优先级级主要由设备备地址（MACID）决定，其次次由报文ID决定。如果要要考虑各位的的具体位置，，那么带8位报文滤波的的CAN控制器可以根根据MACID滤出自身的报报文组2报文。CAN标识符的使用用报文组3分配了448个标识识符（600H~7BFH），具有有与报文组1相似的结构构。与报文组组1不同的是是，它主要交交换低优先级级的过程数据据。此外，该该组的主要用用途是建立动动态的显式连连接。每个设设备可有7个个不同的报文文，其中2个个报文保留作作未连接报文文管理器端口口（UCMMPort））。CAN标识符的使用用报文组4分配了分配了48个个CAN标识识符（7C0H~7EFH），不包包含任何设备备地址，只有有报文ID。。该组的报文文只用于网络络管理。通常常分配4个报报文ID用于于“离线连接集”，该集报文ID为2C～2F，用于通信故故障的恢复。。其它16个CAN标识符符（7F0H~7FFH）在DeviceNet中被禁止止。DeviceNet连接的建立只有当对象之之间已建立一一个连接时，，才能通过网网络进行报文文传送。DeviceNet规定了两种类类型连接：I/O连接在一个生产应应用及一个或或多个消费应应用之间提供供了专用的，，具有特殊用用途的通讯路路径。特定的的应用和过程程数据通过这这些路径传输输；显式报文连接接在两个设设备之间间提供了了一个通通用的、、多用途途的通讯讯路径。。显式报报文连接接提供典典型的面面向请求求/响应的网网络通讯讯方式。。DeviceNet连接的建建立DeviceNet节点在开开机后能能够立即即寻址的的唯一端端口是“非连接信信息管理理器端口口”（UCMM端口）和和预定义义主/从连接组组的“Group2非连接显显式请求求端口”。当通过过UCMM端口或者者Group2非连接显显式请求求端口建建立一个个显式报报文连接接后，这这个连接接可用于于从一个个节点向向其它节节点传送送信息，，或建立立I/O信息连接接。一旦旦建立了了I/O信息连接接，就可可以在网网络设备备之间传传送I/O数据。通过UCMM端口可以以动态的的建立显显式信息息连接。。一个支支持预定定义主/从连接组组，并且且具有UCMM功能的设设备称为为Group2服务器。。一个Group2服务器可可被一个个或多个个客户机机通过一一个或多多个连接接进行寻寻址。预定义的的主从连连接组DeviceNet应用层协协议功能能很强，，设备间间的连接接允许动动态配置置。但考考虑到有有些设备备根本不不需要也也没有资资源去使使用这一一强大功功能，DeviceNet指定了一一套称为为预定义主主/从连接组组的CID，用来简简化主/从结构中中I/O数据的传传送。许多设备备要实现现的功能能在设计计时就已已经预先先决定了了（如感感受压力力、起动动电动机机等等）），因此此这些设设备将要要生产或或消费的的数据的的类型和和数量在在通电前前就已经经知道了了。这些些设备通通常提供供输入数数据或请请求输出出数据和和配置数数据。预预定义主主/从连接组组可以满满足设备备的这些些要求。。预定义的的主从连连接组预定义主主/从连连接接组组用用于于简简单单而而快快速速地地建建立立一一个个连连接接。。当当使使用用预预定定义义的的主主/从连连接接组组时时，，客客户户机机（（主主站站））和和服服务务器器（（从从站站））之之间间只只允允许许存存在在一一个个显显式式连连接接。。由由于于在在预预定定义义主主/从连连接接组组定定义义内内已已省省略略了了创创建建和和配配置置应应用用与与应应用用之之间间连连接接的的许许多多步步骤骤，，可可以以使使用用较较少少的的网网络络和和设设备备资资源源来来实实现现DeviceNet通讯讯。。预定定义义的的主主从从连连接接组组不具具有有UCMM功能能，，只只支支持持预预定定义义主主/从连连接接组组的的从从设设备备，，被被称称为为DeviceNet中的的仅限限Group2服务务器器。只只有有分分配配它它的的主主站站才才可可以以寻寻址址仅仅限限Group2的服服务务器器。。仅仅限限Group2的设设备备能能够够接接收收的的所所有有报报文文都都在在报报文文组组2中被被定定义义。。支支持持预预定定义义主主/从连连接接组组对对设设备备制制造造商商来来说说代代表表了了一一个个简简单单实实现现的的方方案案。。绝大大多多数数现现有有的的DeviceNet设备备都都是是基基于于预预定定义义的的主主/从连连接接组组，，因因为为这这在在终终端端设设备备上上实实现现起起来来比比较较简简单单。。I/O数据据触触发发方方式式DeviceNet支持持的的I/O数据据触触发发方方式式有有：：位位选选通通、、轮轮询询、、状状态态改改变变、、循循环环。。位选选通通：主主站站发发出出位位选选通通命命令令报报文文，，其其中中数数据据域域的的64个位位对对应应网网络络上上64个可可能能的的节节点点，，位位=1的时时候候表表示示要要求求该该节节点点发发送送I/O数据据（（最最大大8Byte）。。I/O数据据触触发发方方式式轮询询：位位选选通通方方式式只只能能传传送送少少量量I/O数据据，，而而轮轮询询命命令令和和响响应应报报文文则则可可在在主主从从站站之之间间传传送送任任意意数数量量的的数数据据（（分分段段或或不不分分段段））。。轮轮询询命命令令是是主主站站发发往往从从站站的的命命令令和和输输出出数数据据，，响响应应是是从从站站的的回回答答（（输输入入数数据据））。。循环环：适适用用于于一一些些模模拟拟设设备备，，可可以以根根据据设设备备信信号号产产生生的的快快慢慢灵灵活活设设定定循循环环数数据据交交换换的的时时间间间间隔隔。。这这样样就就可可以以降降低低不不必必要要的的通通信信流流和和包包处处理理，，可可以以为为改改变变更更快快的的、、对对实实时时性性要要求求更更严严格格的的I/O数据据保保留留带带宽宽。。例例如如，，在在慢慢速速PID回路路中中的的温温度度传传感感器器可可以以将将周周期期设设置置为为500ms，而而主主机机可可能能是是每每30ms扫描描一一次次所所有有的的设设备备。。I/O数据据触触发发方方式式状态态改改变变：此此方方式式用用于于离离散散的的设设备备，，使使用用事事件件触触发发的的方方式式，，当当设设备备状状态态发发生生改改变变时时，，才才发发生生通通信信，，而而不不是是由由主主设设备备不不断断地地查查询询。。为了了确确保保消消费费数数据据的的设设备备知知道道数数据据生生产产者者仍仍处处于于活活动动状状态态，，DeviceNet提供供一一个个间间隔隔可可调调节节的的背背景景心心跳跳。。当当状状态态改改变变或或心心跳跳计计时时器器超超时时时时就就发发送送数数据据。。该该服服务务保保证证连连接接的的有有效效性性，，通通知知数数据据消消费费者者它它的的数数据据源源设设有有任任何何故故障障。。这这样样控控制制器器就就不不必必再再定定期期发发送送仅仅仅仅是是确确定定设设备备是是否否活活动动的的请请求求。。在在多多点点传传送送时时这这种种方方式式比比较较有有效效。。重复复MACID检测测DeviceNet的每每一一个个物物理理连连接接必必须须被被赋赋予予一一个个唯唯一一的的MACID，不可可重复复。由由于MACID可能是是人工工设置置的（（比如如拨码码开关关），，所以以MACID重复的的错误误是不不能完完全避避免的的。DeviceNet的重复复MACID检测机机制可可以检检测重重复MACID错误的的发生生。“重复MACID请求”报文包包括本本设备备拟用用的MACID、制造造商ID以及32bit的产品品系列列号。。一个DeviceNet模块在在启动动后转转换到到Online状态之之前，，必须须以1s间隔连连续两两次发发出重重复MACID请求报报文，，1s以内没没有收收到响响应，，才可可以转转入Online状态。。重复MACID检测任何设设备收收到重重复MACID检测报报文后后立即即比较较自己己的MACID，如果果相同同马上上发一一个“重复MACID响应”。发出重重复MACID检测报报文的的设备备收到到重复复MACID响应后后应转转入通通信故故障状状态，，等待待技术术人员员处理理。设备描描述和和EDS文件属于同同一设设备模模型的的所有有设备备都必必须支支持共共同的的标识识和通通信状状态数数据。。设备备描述述（DeviceProfiles）通过过定义义标准准的设设备模模型，，促进进不同同厂商商同类类设备备的互互操作作性，