现场总线-工业通信与网络技术 教案 第15讲-DeviceNet 2

工业通信与网络技术教案第1页课程题目第15讲现场总线——DeviceNet（2）DeviceNet信息协议（DeviceNet分段/重组、重复MACID检测协议）；DeviceNet通信对象类、网络访问状态机制、预定义主/从连接组、设备描述课时2学时教学目的：1．了解DeviceNet信息协议（DeviceNet分段/重组、重复MACID检测协议）；2.掌握DeviceNet通信对象类、网络访问状态机制、预定义主/从连接组、设备描述。教学重点与难点：重点：DeviceNet信息协议、DeviceNet通信对象类、预定义主/从连接组；难点：DeviceNet信息协议、DeviceNet通信对象类。教学方法与手段：方法：讲授法；手段：课堂教学。教学内容与课时分配：1.DeviceNet信息协议（DeviceNet分段/重组、重复MACID检测协议）；1学时2.DeviceNet通信对象类、网络访问状态机制、预定义主/从连接组。1学时教具：作业与思考：教学后记：备注教学内容工业通信与网络技术教案第2页备注教学内容第15讲现场总线——DeviceNet（2）DeviceNet信息协议分段/重组分段/重组功能是由DeviceNet连接对象提供的，因此，本小节实际上是DeviceNet连接对象定义的一部分。对以分段方式发送和接收报文的支持是可选的。触发一个分段发送的逻辑对于显式信息连接和I/O连接是不同的：显式信息连接检验每个将要发送的报文的长度：如果报文长度超过8字节，则使用分段协议。I/O连接检验连接对象的生产_连接_长度属性(produced_connection_sizeattribute)：如果生产_连接_长度属性超过8，则使用分段协议。定义两种类型的分段：应答：当对一个显式报文分段时执行。非应答：当对一个I/O报文分段时执行。分段协议位于CAN数据场中的一个字节内，格式如下：图6-31分段协议格式分段协议内容：段计数-标记每一个分隔段以使接收器能够判断一个段是否已遗失。如果段类型为第一段，则此区具有特定的含义。对于一个序列中的每一个递次段，段计数要加1，并且当段计数达到64时（段计数=（段计数+1）mod64）要返回0。I/O报文中的和显式报文中的分段协议的位置是不同的。对于I/O报文分段，分段协议信息位于字节偏移量0中，见下图。图6-32分段协议信息对于显式报文，分段协议信息位于字节偏移量1中，见下图。图6-33显式报文，分段协议信息2、非应答分段一个I/O报文的分段是以非应答的方式执行的。非应答分段是由来自发送模块的段的背对背发送组成的。接收模块以每一段为度返回无应答（恰恰是CAN提供的ACK）。连接仅仅调用作为发送报文所必需的链路生产者的发送服务，而不必等待来自接收模块的任何特殊的应答。当一个I/O连接的发送_报文服务被调用时，它检验它的连接_长度(Connection_size)属性以确定是否有一个分段报文序列将被发送，如果连接_长度属性大于8，则分段协议将被置于I/O报文内，而不管当前发送的I/O部分的长度。3、应答分段一个显式报文的分段是以应答的方式来实现的。应答分段包括来自发送模块的一个段的发送，后面是由接收模块给出的一个应答的发送。接收模块对每一个段的接收做出应答。这提供了一定程度的流控制。假设更大的信息体可通过显式信息连接来传送（如上载/下载功能），这样，一定程度的流控制就是必需的。4、重复MACID检测协议每一个到DeviceNet上的物理连接必须被分配一个MACID。这种配置将包含人的参与，那么同一链路上的两个模块将被分配相同的MACID就是可能的。由于MACID与一个DeviceNet发送的确定的含义有关，因此所有DeviceNet模块均被要求参与一个重复MACID检测算法。本小节定义与重复MACID检验算法相关的协议。一个特定的报文ID值被定义在组2内以表示重复MACID检验报文。图6-34被定义在组2内以表示重复MACID检验报文图6-35重复MACID检验报文数据区格式论据：R/R位-请求/响应标志。此区的数值指示这是一个重复MACID检验请求还是一个响应报文。下表为定义的数值。物理端口号-在内部分配给每一个到DeviceNet上的物理连接的一个标识值。提供到DeviceNet上的多个物理连接的产品（如多路连接器）必须分配给每个单独的连接一个唯一的范围在0-127（10进制）内的值。提供一个单连接的产品（如一个单连接器）应该在此区内设置值0。供货商ID-包含分配给发送此报文的设备供货商的标识代码的一个16位整数区（UINT）。序列号-包含供货商分配给设备的序列号的一个32位整数区（UDINT）。二、DeviceNet通信对象类DeviceNet通信对象管理和提供运行时间内报文的交换。本节讲述与通信对象相关的服务、属性和行为。通信对象类主要包括链路生产者对象类、链路消费者对象类、连接对象类（连接类）和DeviceNet对象类。通信对象类通过下面描述来定义：●对象类属性●对象类服务●对象实例属性●对象实例服务●对象实例行为链路生产者对象是负责数据低端发送的部件。注意：不存在通过显式信息连接到链路生产者类的外部可视接口。下面各小节中阐释的所有服务/属性描述内部行为。1、链路生产者对象类服务链路生产者类支持的服务如下：创建（Create）–用于在内部例示一个链路生产者对象删除(Delete)–用于在内部删除一个链路生产者对象下面列出一个链路生产者对象实例所支持的服务：发送（Send）–用于在内部告知链路生产者将数据发送到DeviceNet上；读取_属性（Get_Attribute）–用于在内部读取一个链路生产者对象属性；设置_属性（Set_Attribute）–用于在内部修改一个链路生产者对象属性。图6-36链路生产者实例的行为连接对象类分配和管理与I/O连接和显式信息连接相关的内部资源。连接类所产生的特定实例即指一个连接实例或一个连接对象。注意：存在一个通过显式信息连接到连接类的外部可视接口。一个特定模块内的一个连接对象实际代表一个连接的终点。连接对象用于模拟一个特定的应用至应用关系的通信特性。一个特有的连接对象实例管理与一个终点相关的通信特有情况。DeviceNet上的一个连接对象使用一个链路生产者和/或链路消费者所提供的服务来实现低端数据的发送和接收功能。下图实现低端数据的发送和接收功能：图6-37低端数据的发送和接收连接对象类支持下列DeviceNet公共服务：表6-2DeviceNet公共服务表6-3连接实例属性及其有关的数据类型一个连接中包含3种类型定时器：发送触发定时器；静止/看门狗定时器；生产停止定时器。连接对象实例支持下列DeviceNet公共服务：表6-4DeviceNet公共服务图6-38I/O连接对象状态转换框图DeviceNet对象用于提供到DeviceNet上的一个物理连接的配置及状态。一个产品靠物理网络连接必须支持一个(且仅限一个)DeviceNet对象.图6-39带有物理连接设备的DeviceNet用于DeviceNet对象的类属性被定义于下面的下表中。表6-5DeviceNet对象的类属性定义DeviceNet对象类支持下列DeviceNet公共服务：表6-6支持的DeviceNet公共服务下表定义用于DeviceNet对象的实例属性。表6-7DeviceNet对象的属性三、DeviceNet对象实例属性1.MACID此属性含有此设备的MACID。数值范围为10进制数0-63。一个使用开关来设置MACID的设备在对一个指定MACID属性的设置_属性_单个请求的响应中必须返回一个通用错误代码被设置为0E(属性不可设)的错误响应。若一个设备不知道其MACID，则它被默认为63。MACID的修改要求一个设备删除所有连接对象，并重新执行网络访问状态机制。2.波特率波特率（这里实际指位速率）属性指明所选择的波特率。下表给出其属性数值。一个使用开关来设置波特率的设备在对一个指定波特率属性的设置_属性_单个请求的响应中必须返回一个通用错误代码被设置为0E(属性不可设)的错误响应。若一个设备不知道其波特率，则它被默认为125kbps。波特率的修改不会生效，直到设备被物理复位（如电源循环或一个复位开关）或通过发送复位服务给标识对象来复位。3.BOI（总线脱离中断（Bus-offInterrupt））BOI属性由1位组成，该位定义一个CAN设备如何处理总线脱离中断。BOI属性是一个用于读取_属性_单个/设置_属性_单个服务的字节内的位区0。此字节的其他位均须为0。4.总线脱离计数器总线脱离计数器对CAN芯片进入总线脱离状态的次数进行计数（对总线脱离中断的次数计数）。计数器含有10进制数0-255中的值。总线脱离计数器在上电或设备初始化时被初始化为0。总线脱离计数器在它达到最大计值时停止计数。计数器不翻转。计数器将处于最大计数值，直到一个设置_属性_单个被执行。5.分配信息分配信息属性是与预定义主/从连接组有关的。它指明预定义主/从连接组是否已被分配。若它已被分配，则此属性指明已执行该分配的设备和当前已分配的连接。当与一个分配_主/从_连接组服务有关的一个成功响应被产生时，此属性被修改。此属性不能由设置_属性_单个服务修改。若一个设置_属性_单个请求指定该属性，则通用错误代码区被设置为0Ehex（属性不可设）的一个错误响应被返回。分配信息属性组成如下：(1)分配选择字节分配选择字节指明哪些预定义主/从连接是激活的（处于配置或建立状态）。分配选择字节在设备上电或复位时被初始化为0。(2)主站的MACID主站的MACID等于通过分配_主/从_连接_组服务分配预定义主/从连接组的设备的MACID。数值范围为10进制0-63和255。0-63范围中的一个值指示预定义主/从连接组当前已被分配，且表示执行该分配的设备的MACID。值255表明预定义主/从连接组尚未被分配。主站的MACID在设备上电/复位时被初始化为255（FFhex）。四、DeviceNet对象实例服务后续各部分描述DeviceNet对象实例所支持的公共服务和对象类特有服务。1.公共服务DeviceNet对象实例支持下列公共服务：表6-8DeviceNet对象实例支持下列公共服务2.对象类特有服务DeviceNet对象实例支持下列对象类特有服务：表6-9DeviceNet对象实例支持下列对象类特有服务这些服务用于分配和重新分配预定义主/从连接组，而其中首先涉及的概念是主站和从站。通过预定义主/从连接组起客户机作用的设备称为主站。通过预定义主/从连接组起服务器作用的设备称为从站。一个欲起其他设备的主站作用的设备必须首先在从站内分配预定义主/从连接组。当一个主站欲“放弃”其从站，它将释放所有连接，以使从站去“重新分配”预定义主/从连接组。分配_主/从_连接_组服务代码：4Bhex这是用于执行预定义主/从连接组的分配的服务。此服务可通过仅限组2未连接显式请求报文端口（组2报文ID=6）象一个显式信息连接一样被发送。分配_主/从_连接_组服务将下列通用步骤绑定为一个命令：请求服务数据区参数下列信息在一个分配_主/从_连接_组请求的服务数据区内被说明。表6-10分配主/从连接组请求服务数据区参数分配选择参数在一个字节中被说明。每一位表示来自将被分配的预定义主/从连接组的一个显式报文和/或I/O连接，或在应答禁止情况下，一个命令。若某位被设置为1，则一个请求就会被产生来分配那个特定的连接。若某位被设置为0，则请求者不想分配那个连接图6-40分配_主/从_连接_组请求报文R/R位(0)-指明这是一个请求报文。服务代码（4Bhex）-标识此为一个分配_主/从_连接_组服务。类ID-定义此请求所指向的对象类。既然此报文总是指向DeviceNet对象的，此值将总为3。实例ID-定义此请求所指向的对象类内的一个特定实例。既然提供到DeviceNet上的物理连接的DeviceNet对象有一个且仅有一个，此实例ID必须被设置为01。成功响应服务数据区参数一个成功分配_主/从_连接_组响应的服务数据区内指定下列信息。表6-11分配-主/从-连接-组响应参数下图描述对DeviceNet上的分配_主/从_连接_组请求的一个成功响应的格式。图6-41对分配_主/从_连接_组请求的成功响应释放_主/从_连接_组服务代码：4Chex此服务用于重新分配一个从站内的预定义主/从连接组。此服务可通过仅限组2未连接显式请求报文端口（组2报文ID=6）象一个显式信息连接一样被发送。请求服务数据区参数下列信息在一个释放_主/从_连接_组请求的服务数据区内被说明。表6-12释放-主/从-连接=组请求参数释放选择参数在一个字节中被说明。每一位表示将被释放的一个显式报文和/或I/O连接。若某位被设置为1，则一个请求就会被产生来释放那个特定的连接。若某位被设置为0，则请求者不想释放那个连接。表6-13释放选择字节内容图6-42释放_主/从-连接_组请求报文下图描述对DeviceNet上的此请求的一个成功响应的格式。图6-43成功响应的格式图6-44主站与从站之间的报文传输UCMM非能力设备分配预定义主/从连接组图解(使用仅限组2未连接显式报文端口来完成此分配)四、预定义主/从连接组1、概述前面介绍了用于设备间建立连接的“一般模式”规则。一般模式要求利用一个显式信息连接来人工创建和配置每个连接终点内的连接对象。本节使用一般模式为基础来定义一组便于典型主/从关系通信的连接。这些连接统称为预定义主/从连接组。主站是为过程控制器采集和分配I/O数据的设备。从站是为主站采集I/O数据，并接收主站所分配的I/O数据的设备。主站“拥有”从站，从站的MACID出现在主站的扫描列表中。为确定将与什么从站进行通信，主站检验其扫描列表并相应地发送命令。除重复MACID检测外，一个从站在被主站告知前不能发起任何通信。图6-45DeviceNet主/从实现例子在预定义主/从连接组中使用下列术语：组2服务器：一个已被告知作为用于预定义主/从标识符连接的服务器的UCMM能力设备，见DeviceNet从站。组2客户机：一个已获得一个服务器内预定义主/从连接组的所有权的设备，由此它可作为那些连接上的客户机，见DeviceNet主站。UCMM能力设备：一个支持未连接报文管理器（UCMM）的设备。至少，这要求支持未连接请求报文的接受与处理。UCMM非能力设备：典型的一个低端设备，因网络中断管理以及第一代CAN芯片的屏蔽性能，此设备不支持UCMM。仅限组2服务器：一个UCMM非能力的和必须使用预定义主/从连接组来建立通信的从站（服务器）设备（至少必须支持预定义主/从显示信息连接）。一个仅限组2设备仅能发送和接收那些由预定义主/从连接组定义的标识符。仅限组2客户机：一个作为仅限组2服务器的组2客户机的设备。仅限组2客户机为它已分配的仅限组2服务器提供UCMM功能。DeviceNet主站：指所谓的主/从应用的类型。DeviceNet主站是为过程控制器采集和分配I/O数据的设备。一个主站根据它所包含的一个扫描列表来扫描其从站设备。就网络而言，主站是一个组2客户机或一个仅限组2客户机。DeviceNet从站：指所谓的主/从应用的类型。一个从站在被扫描时将I/O数据返回给其主站。就网络而言，从站是一个组2服务器或一个仅限组2服务器。预定义主/从连接组：一组便于典型主/从关系通信的连接。一个应用至应用连接的创建及配置所涉及的诸多步骤已在预定义主/从连接组的定义中被取消。而它所提供的方法使得可用较少的网络和设备资源来建立一个通信环境。与预定义主/从连接组有关的CAN标识符区如下图所示。注意：组2，报文ID=6被保留用于仅限组2未连接显式请求报文端口，而不能用于任何其它目的。图6-46报文类型。I/O位选通命令/响应报文：位选通命令是主站发送的一个I/O报文。一个位选通命令报文具有多点播送性能。多个从站可对相同的位选通命令进行接收并做出反应（多点播送性能）。位选通响应是一个从站收到位选通命令时回送给主站的一个I/O报文。在从站内，位选通命令和响应报文是由一个连接对象接收/发送的。I/O轮询命令/响应报文：轮询命令是主站发送的一个I/O报文。一个轮询命令是指向一个特定从站的（点对点）。一个主站必须对每个要轮询的从站发送一个单独的轮询命令报文。轮询响应是一个从站收到轮询命令时回送给主站的一个I/O报文。在一个从站内，轮询命令和响应报文是由一个连接对象发送/接收的。I/O状态改变/周期报文：状态改变/周期报文可由主站或从站发送。一个状态改变/周期报文指向一个特定节点（点对点）。一个应答报文可在对此报文的响应中被返回。在主站或从站内，生产状态改变报文和消费应答报文是由一个连接对象来接收/发送的。消费状态改变报文和生产应答报文是由另一个连接对象来接收/发送的。显式响应/请求报文：显式请求报文用于执行诸如读、写属性的操作。显式响应报文指明试图服务于一个显式请求报文的结果。在一个从站内，显式请求和响应是由一个连接对象接收/发送的。仅限组2未连接显式请求报文：仅限组2位连接显式请求端口用于分配/释放预定义主/从连接组。此端口（组2报文，ID=6）被保留而不能用于任何其它目的。仅限组2未连接显式响应报文：仅限组2未连接显式响应端口用于响应仅限组2未连接显式请求报文和发送设备心跳/设备关闭报文。这些报文使用相同的标识符（组2，报文ID=3）作为显式响应报文来发送。重复MACID检验报文本小节介绍从站设备内的与预定义主/从连接组有关的连接对象的外部可视特性。为从站设备定义的预定义主/从连接对象如下：位选通连接：负责接收主站的位选通命令并返回相应的位选通响应。轮询连接：负责接收主站的轮询命令并返回相应的轮询响应。显式信息连接：负责接受显式请求并返回相应的响应。状态改变/周期连接：负责发送状态改变/周期报文，并可能地接收应答响应。存在的每一个连接对象拥有一个分配的连接实例ID，此连接实例ID标识连接类内若干连接对象中的一个连接对象。必须由一个从站设备使用来标识预定义主/从连接对象的实例ID示于下表。表6-14标识预定义主/从连接对象的实例ID图6-47DeviceNet位选通命令一个从站设备可被设计来执行下列一项或所有项任务：忽略位选通命令（可能从站是一个轮询设备或位选通未被分配）消费位选通命令及其输出数据将位选通命令作为一个触发进行消费，而忽略输出数据从站在位选通连接被分配前默认为忽略位选通命令。位选通响应可将最多达8字节的输入数据和/或状态信息从每个从站返回至主站。位选通连接是根据这一思想设计的，即为一个主站和它的从站间的少量I/O的交换提供高效、快速的机制。因此，位选