DeviceNet预定义主从连接组

1、1第七章 DeviceNet预定义主从连接组预定义主从连接组7.1 预定义主从连接组的定义预定义主从连接组的定义 预定义主从连接组提供了一组主从系统中常用的、方便的连接。在预定义的主从连接中省略了创建和配置节点间连接的许多步骤，这样可以用比较少的资源创建一个通信环境。 n具有UCMM功能的设备：支持未连接信息管理（UCMM）的设备，此设备支持未连接请求信息的接收和处理。n无UCMM功能的设备：不具备UCMM功能的设备，这类设备的网络管理能力或所采用CAN控制器芯片的屏蔽能力有限。 2n组2服务器：指具有UCMM功能并在预定义主从连接中充当服务器的设备，是DeviceNet从站。由于预定义主从连

2、接中从站所接收的信息为组2信息，因此使用预定义主从连接组的从站称为组2服务器，管理这些组2服务器的主站为组2客户机。n组2客户机：指获得服务器预定义主从连接的控制权并且在这些连接中充当客户机的设备，是DeviceNet主站，它管理的从站为组2服务器。 n仅限组2服务器：指无UCMM功能，必须通过预定义主从连接组建立通信的从站（服务器），它们至少支持预定义主从显式信息连接。3n仅限组2客户机：指控制仅限组2 服务器的组2客户机，仅限组2客户机替它所控制的仅限组2服务器提供对外的UCMM服务。 nDeviceNet主站：主从应用中的一种节点类型。DeviceNet主站是集中管理网络中I/O数据的设

3、备。主站以它的扫描序列为基础扫描它的从站。在网络中，主站一般指组2客户机或仅限组2客户机。nDeviceNet从站：也是主从应用中的一种节点类型。从站在收到主站的扫描信息后返回I/O数据，从站一般是指组2服务器或仅限组2服务器。 表7-1 预定义主从连接组信息 4 CAN 标识符区描述1098765432100组1信息ID100源MAC ID组1信息（000-3ff）01100源MAC ID从站I/O多点轮询响应信息01101源MAC ID从站I/O状态变化、循环通知信息01110源MAC ID从站I/O 位-选通响应Bit-Strobe01111源MAC ID从站I/O轮询响应信息或状态变化

4、、循环应答信息10MAC ID组2信息ID00组2信息（400-5ff）10源MAC ID000主站I/O 位-选通命令信息10多点通信MAC ID001主站I/O多点轮询命令信息10目的MAC ID010主站状态变化、循环应答信息10源MAC ID011从站显式响应信息或未连接响应信息10目的MAC ID100主站显式请求信息10目的MAC ID101主站I/O 轮询命令或状态变化、循环命令信息10目的MAC ID110仅限组2未连接显式请求信息（预留）10目的MAC ID111重复MAC ID检查信息 表7-1定义了在预定义主从连接组中使用的信息及其连接标识符。在每一条信息的连接ID中，信

5、息ID都是已经定义好的，其中ID=7的组2信息是重复MAC ID检查信息，它是一条通用信息；ID=6的组2信息是预留给仅限组2未连接显式请求信息端口专用的，不能用作其他用途。 另外，表7-1还涉及其他的信息，如I/O轮询命令或状态变化、循环信息等，将在后续章节中依次介绍。 除了仅限组2服务器和组2服务器，其他设备也能使用信息组2来建立连接，即使一个网络中有其他设备正在使用信息组2，组2服务器和仅限组2服务器仍可以存在于该网络中，在这种情况下，它们实际收到的信息可能会增加，需要附加的处理能力。567.2 预定义主从连接的工作过程 7.2.1 主从关系的确定 系统运行中，欲成为组2客户机的设备首先

6、要对服务器分配所需要的预定义主从连接。分配预定义主从连接组的步骤如下：（1）客户机通过向服务器设备的UCMM端口发送打开显式信息连接请求，通过步骤（2）确定服务器是否为仅限组2服务器。 （2）客户机自动启动“等待响应”定时器，该定时器的最小超时值为1秒。 如果服务器成功响应（从它的UCMM端口），则设备具有UCMM功能，转到步骤（3）。7 如果服务器没有响应（发生了“等待响应超时”），则重试向服务器设备的UCMM发送打开显式信息连接请求并再次启动“等待响应”定时器。如果收到响应，那么设备有UCMM功能，转到步骤（3）。 如果仍没收到响应（2次“等待响应”超时），则假定设备为仅限组2设备（无UC

7、MM功能），转步骤（5）。（3）服务器具有UCMM功能，客户机通过发送Allocate Master/Slave_Connection_Set信息，建立显式信息连接。通过建立的显式信息连接，可以分配预定义主从连接。上述过程成功完成后，服务器（具有UCMM功能）成为组2服务器，客户机成为它的主站（组2客户机），客户机可任意使用UCMM产生的显式信息连接或组2中的预定义主从连接8组显式信息连接。客户机在两种显式信息连接都能使用的情况下，优先使用预定义主从连接中分配的显式信息连接。在这种情况下，服务器在设计时就应考虑具有处理这两种连接的能力。 如果服务器对Allocate_Master/Slave_

8、Connection_Set信息产生错误响应，则认为服务器不支持预定义主从连接组，或者该服务器已经充当其它组2客户机的组2服务器。错误响应信息中的错误代码可以用于判定是哪种情况发生。（4）如果对Allocate_Master/Slave_Connection_Set信息成功响应，则意味着服务器按照服务的要求配置了预定义主从连接组的实例，确认了自己的主站，并阻止其它客户机再使用预定义主从连接组成为其主站，转到步骤（6）。9（5）客户机将向服务器的仅限组2未连接显式请求信息端口发送Allocate_Master/Slave_Connection_Set信息，分配预定义主从连接组。 如果预定义主从连

9、接组还没被分配，服务器发送响应成功信息，表明它已将连接组分配给该客户机，转到步骤（6）。 如果向服务器的仅限组2未连接显式请求信息端口发送Allocate_Master/Slave_ Connection_Set信息后客户机超时，那么客户机会再次发送同一分配信息。如果再次出现超时，则客户机认为服务器设备不在当前链路上，分配失败。10（6）分配过程结束。 在任意给定的时间里只有一个主站（客户机）能对一个从站（服务器）分配预定义主从连接。仅限组2客户机在对仅限组2服务器执行其它任何事务前，必须确信对相应仅限组2服务器的分配已成功完成。 117.2.2 预定义主从连接的使用 如果显式连接已经建立，可

10、以通过显式连接进行I/O连接的分配、各种属性参数的配置，如属性值的设置、获取等。实际上，I/O连接的建立有两种途径：主站可以通过仅限组2未连接信息建立I/O连接，还可以通过显式信息连接建立I/O连接。建立起的I/O连接是未激活的，必须通过显式连接设置I/O连接的expected_packet_rate属性值来激活。激活I/O连接后才能进行I/O数据的交换。释放显式连接或I/O连接可以通过仅限组2未连接显式信息或显式信息进行。 在预定义主从连接中，从站建立的连接实例ID是已经定义好的，包括显式信息连接、位-选通连接、轮询连接、状态变化或循环连接、多点轮询连接。 127.3 预定义主从连接的实例

11、7.3.1 显式信息连接1. 显式信息连接的建立 在显式连接（显式信息连接）的建立过程中，会用到以下两条信息：n仅限组2未连接显式请求信息：该信息端口用于分配或释放预定义主从连接组。此端口（组2，信息ID=6）已预留，不可用作其它用途。 n仅限组2未连接显式响应信息：该信息端口用于响应仅限组2未连接显式请求信息。这些信息采用与显式响应信息相同的标识符（组2，信息ID=3）发送。 13 从站处于在线状态后，可以接收主站发送的仅限组2未连接显式请求信息。主站与从站建立显式信息连接，需要发送分配主图7-1显式信息连接的建立从连接组请求信息，数据域的格式如表74所列。在从站节点中，如果接收到分配显式信

12、息连接的请求，将建立一个显式连接实例，即连接类（Class ID 5）实例1。图7-1给出了一个显式信息连接建立过程的例子，这里假设主站的MAC ID为03hex，从站的MAC ID为09hex。142. 通过显式信息连接传送显式信息 主站和从站之间建立显式信息连接后，就可以进行显式信息的通信。显式信息通信是通过显式请求、响应信息进行的，显式请求信息用于执行如读、写属性等操作；显式响应信息表明对显式请求信息的服务结果。在从站中，显式请求和响应信息由一个连接对象实例接收和发送。 从图7-2可以看出，显式连接交换的信息一般指一些连接实例属性的获取、设置以及其他连接的配置（如：分配轮询连接等）。主节

13、点请求分配轮询I/O连接并得到从节点的成功响应后，就与从节点成功地建立了轮询I/O连接，其他I/O连接的建立与激活与轮询连接类似。图7-2 主从节点间显式连接信息交换过程157.3.2 轮询连接 轮询连接是预定义主从连接组中定义的四种I/O连接之一，轮询连接实例ID为2。轮询连接传送的是I/O轮询命令和响应信息。轮询命令由主站发送，主站向每个要轮询的从站发送不同的轮询命令。轮询响应是从站收到轮询命令后发送回主站的I/O信息。在从站中，轮询命令和响应信息的接收和发送由同一个连接对象实例来完成。 轮询连接是点对点的，轮询命令可以将任意数量的数据（整体或分段）发送到目的从站设备，轮询响应信息可由从站

14、向主站返回任意数量（整体或分段）的数据或状态信息。161. 轮询连接实例的建立 轮询连接实例可以通过未连接显式信息或显式信息建立。图72中给出的就是主站通过显式信息请求分配轮询连接的例子。2. 通过轮询连接传送I/O数据 主从节点间成功建立轮询连接并且主节点向从节点设置一次轮询连接的EPR属性值后，轮询连接即处于已建立状态，支持传送I/O数据。主站对不同的从站发送不同的轮询命令，轮询命令的数据由具体的应用决定，连接ID与从站的MAC ID有关。从站接收到主站发给自己的轮询命令后，可以执行以下动作之一：17n忽略轮询命令（从站设备不支持该命令或没有分配轮询连接）n 消费轮询命令及其所含数据； n

15、消费轮询命令，把它作为一个触发条件但忽略其所含数据。 从站返回的轮询响应信息由连接ID和I/O数据两部分组成：连接ID由从站决定，I/O数据由从站的具体应用对象决定。图7-3给出了一个轮询应用的例子，系统由1个主站和4个从站组成。187.3.3 位选通连接 位选通连接是预定义主从连接组中定义的四种I/O连接中的一种，连接实例ID为3。在位选通连接中传送I/O位选通（BitStrobe）命令、响应信息。位选通命令是由主站发送的一种I/O信息，位选通命令具有多点发送功能，多个从站能同时接收并响应同一个位选通命令。位选通响应是从站收到位选通命令后发送回主站的I/O信息。在从站中，位选通命令和响应信息

16、的接收和发送由同一个连接对象来完成。 位选通命令、响应信息能迅速在主站和它的位选通从站间传送少量的I/O数据。在I/O数据量少时（少于8字节），该传送方式是非常有效的。位选通命令向其MAC ID已经在主站扫描表中的每个从站发送一位数据；位选通响应从每个从站向主站返回最多达8字节的数据、状态信息。19201. 位选通I/O连接实例的建立 位选通I/O连接实例可以用未连接显式信息或显式信息建立。与图7-2中给出的主站请求分配轮询连接的建立相似，主站请求分配位选通连接，从节点认可建立位选通连接后，向主节点返回分配位选通连接成功的响应，并在节点内部建立连接实例。 2. 通过位选通连接传送I/O数据 主

17、从节点间成功建立位选通I/O连接并且主节点向从节点设置一次位选通的EPR时间后，位选通连接即处于已建立状态，可以传送I/O数据。位选通命令信息包含一个64位（8字节）输出数据的位串，一个输出位对应网络上的一个MAC ID（063）。CAN数据域的第0字节的第0位分配给MAC ID0，第7字节的第7位分配给MAC ID63。位选通命令示意图如图7-5所示。图7-5 位选通命令示意图21227.3.4 状态变化或循环连接 预定义主从连接组支持状态变化（Change of State，COS）或循环（Cyclic）的点到点连接，传送的信息是I/O状态变化、循环信息。与其它的I/O连接有所不同是，主站

18、和从站都可主动发送状态变化、循环命令（通知）信息，返回的应答信息作为响应信息。无论在主站或从站中，生产状态变化（循环）命令信息和消费应答信息都由同一个连接对象实例发送或接收，消费状态变化命令（循环）信息和生产应答信息由另一个连接对象接收或发送。 状态变化（COS）和循环（Cyclic）只能配置一个，即任意情况下这两种连接只能存在一种。 237.3.5 多点轮询连接 多点轮询连接是预定义主从连接组中定义的4种I/O连接中的一种，传送的信息是I/O多点轮询信息。多点轮询命令是一个由主站发送的I/O信息，指向一个或多个从站。多点轮询响应是在接收到多点轮询命令时，从站返回给主站的I/O信息。在从站内，

19、多点轮询命令和响应信息由同一连接对象接收或发送。 多点轮询连接在其多点性能上有别于点对点的轮询连接。任何数量的从站都可属于主站的多点通信组。每个主站可以对多个从站进行分组。 7.4 使用预定义主从连接组的说明 预定义主从连接组使用简单，实例的分配已经在规范中进行了定义，仅限组2的服务器设备使用预定义主从连接组就足以满足DeviceNet网络运行的一般需要。为了与仅限组2服务器建立通信，客户机必须支持预定义主从连接组（至少支持组中的显式信息连接）。7.4.1预定义主从连接对过滤器的要求 由于主站设备与从站设备接收信息要求不同，主站、从站需要不同的信息过滤能力。1. 主站设备信息过滤 主站设备（客

20、户机）向从站设备发送各种预定义主从连接组命令时，应该接收到所有从站返回的响应，考虑到大量的24 组合和有限的CAN接收过滤器，大多数主站接收所有信息并通过软件进行过滤。2. 从站设备信息过滤 从站设备（仅限组2服务器）对过滤器的要求主要由该设备支持的数据传送方式决定，但一个从站的过滤器必须允许以下三种信息的标识符通过： n 重复MAC ID检测信息；n 仅限组2未连接显式请求信息；n 主站的显式请求信息。257.4.2 仅限组2设备的预留端口 与具有UCMM功能的设备留有UCMM端口类似，仅限组2设备（包括主设备、从设备）始终留有一个组2未连接显式信息端口。仅限组2设备上线之后，在预定义主从连

21、接组分配之前，只有仅限组2未连接显式请求信息端口和重复MAC ID检查信息端口为活动端口。图7-11和7-12分别给出了支持UCMM设备和仅限组2设备的外部示意图，重复MAC ID检测信息端口没有在图中画出来，但所有设备必须一直支持该端口。 与使用UCMM（组3中）建立显式信息连接不同的是，仅限组2设备（无UCMM功能）接收和处理仅限组2未连接显式请求信息。仅限组2未连接请求使用一条组2信息完成，该信息MAC ID内容中包含有目的接收者的MAC ID且其信息ID被设置成6。2627图7-11 UCMM设备在显式信息分配前的设备接口示意图28图7-12 在预定义主从连接组分配前的仅限组2设备端口

22、示意图 可被当作仅限组2未连接显式请求信息发送的有效服务为： Allocate_Master/Slave_Connection_Set信息，服务码为4Bhex； Release_Master/Slave_Connection_Set信息，服务码为4Chex。 在建立显式连接之前，如果一个仅限组2服务器（无UCMM功能）接收到一个仅限组2未连接请求信息，而且该信息不是Allocate/Release_Master/Slave_Connection_Set请求，那么会返回一个通用出错代码为02的错误响应（资源不可用），错误附加代码为DeviceNet对象特定附加出错代码03。一旦主站分配了主从显式

23、信息连接，则主站就可以与从站进行显式信息通信。297.4.3 仅限组2客户机的功能 充当仅限组2客户机的设备必须能进行下列工作：（1） 替其所管理的仅限组2服务器提供UCMM功能 仅限组2客户机必须： n截取其他客户机或第三方工具向其管理的仅限组2服务器发送的UCMM请求信息。 n代替它所管理的仅限组2服务器返回UCMM响应信息，即使连接被拒绝，仍须产生响应信息。在UCMM响应中，源信息ID必须为4，通过UCMM建立起来的显式信息连接只能使用组3信息。因此，这种显式信息连接只能建立惟一一个，且其连接实例ID为1。30 未连接显式信息连接请求的截取和响应过程参见图7-13，其中的工具也作为一个客

24、户机。 图7-13中，工具试图建立到MAC ID为10hex的设备的连接。工具发送一个未连接的打开显式信息连接请求信息到MAC ID为10hex的服务器。扫描器（仅限组2客户机）截取了该信息并返回一个打开显式连接响应信息。工具并不知道DeviceNet扫描器截取了其请求并替仅限组2服务器做出了响应。工具认为它直接和MAC ID为10hex的服务器建立了一个显式信息连接。3132图7-13 仅限组2客户机对打开显式信息连接请求图（2） 截取第三方工具（客户机）显式信息请求 截取信息后，将该信息通过仅限组2客户机拥有的仅限组2显式信息连接发送到仅限组2服务器，仅限组2客户机再将仅限组2服务器的响应

25、信息转发给第三方工具（或客户机）。注意：对连接类的实例1的访问除外，在对连接类实例1进行访问时，仅限组2客户机不转发信息而在本节点完成这个功能，同时返回正确的响应。 在打开显式信息连接响应中，实际信息体格式区的值是确定的，在仅限组2客户机分配预定义主从连接的标识符时，由仅限组2服务器决定该值。33（3） 仅限组2客户机丢失的处理 如果仅限组2客户机在DeviceNet网络上出现故障或停止通信，而客户机和服务器都使用了休眠/看门狗定时器时，会发生下列情况：n 仅限组2客户机与其所控制的仅限组2服务器间的所有连接超时，仅限组2服务器将连接置为超时状态或关闭连接。n 仅限组2服务器释放（不分配）预定

26、义主从连接组，之后任意的其他客户机可自由获取该服务器的控制所有权。n第三方工具（客户机）通过仅限组2客户机与仅限组2服务器通信的所有连接超时。工具将认为仅限组2服务器脱离34 链路第三方工具（客户机）会尝试重新建立连接。注意：第三方工具（客户机）必须和其他客户机一样建立与仅限组2服务器的连接：先试UCMM 2次，然后再试组2未连接端口等。 如果另一客户机和第三方工具几乎在同一时刻试图连接仅限组2服务器，则会检测到重复尝试，并执行重复尝试成为仅限组2客户机的过程。（4） 重复尝试成为仅限组2客户机的处理 当两个设备同时尝试成为同一个仅限组2服务器的仅限组2客户机时，两者都尝试向服务器的UCMM端

27、口发送建立显式信息连接请求，两者都超时两次，两者都通过发送35 Allocate_Master/Slave_Conection_Set请求信息来尝试分配预定义主从连接组。两者同时发送Allocate_Master/Slave_Conection_Set请求信息将导致总线出现位错误。 为了使两个设备同时尝试成为同一个仅限组2服务器的仅限组2客户机的概率最小，任何想尝试成为仅限组2客户机的客户机必须监听所有发送给该服务器的UCMM打开显式信息连接请求，下面以两个仅限组2客户机分别为1，2时的情况加以描述。36 1客户机想成为某个仅限组2服务器的仅限组2客户机，1客户机在发送两个打开（建立）UCMM

28、连接请求信息时，监听其他客户机是否向同一个服务器发送同样的信息。如果2客户机也在向同一个服务器发送UCMM打开连接请求信息并且其MAC ID较低时，则1号客户机必须退后，让2客户机继续进行，而不需要其他的附加条件。一旦仅限组2客户机获得仅限组2服务器的所有权，仅限组2客户机就必须支持接收针对其仅限组2服务器的UCMM建立连接请求。377.5 仅限组2服务器设计举例 仅限组2服务器（无UCMM功能）是DeviceNet中应用最广泛的从站类型，设计较为简单，可以根据需要选择具有多个接收过滤器的CAN控制器，减轻CPU的负担，提高CPU的工作效率。其他设备节点如：组2服务器（有UCMM功能）、客户机

29、（有UCMM功能）等，设计较为复杂，需要接收处理多种信息，因此对处理器的速度要求较高。在此以北京航空航天大学现场总线及工业测控技术研究室实际开发的DeviceNet通用型电动阀门控制器为例，介绍仅限组2服务器的设计。387.5.1 阀门远程控制器的功能分析 DeviceNet规范中给出了许多现有的设备行规（例如： 传感器、限位开关和变频器等），也给出了一个具有互操作性设备应具有的设备文件的规范。DeviceNet规范为不同类型的设备分配了不同的设备类型号，如：Generic Device的设备类型号为00hex，AC Driver的设备类型号为02hex等。如果生产商所开发的设备类型可以在De

30、viceNet规范中找到相同的或类似的，那么可以使用设备文件中定义好的对象模型；如果没有合适的设备文件可以使用Generic Device的设备类型，并将设备文件填写清楚，以便在使用时实现互操作。另外生产商还可以自定义一种设备类型并提交给ODVA，如果ODVA确认了该设备类型，会将该规范公布征求意见，最终做出决定是否将该设备文件添加到DeviceNet协议规范中。39 DeviceNet规范中定义了过程控制阀门（Process Control Valve）的设备规范，其设备类型号为1Dhex（征求意见稿），并给出了相应的对象模型。在DeviceNet规范中的过程控制阀门有两种，一种是闭环控制的

31、调节阀，另一种是简单的阀门定位器。给出的对象模型中有8个必须的类： Identity（标识类），Message Router（信息路由器），DeviceNet（DeviceNet类），Connection（连接类），Assembly（组合类），SDevice Supervisor（S设备监控类），SAnalog Actuator（S模拟执行器类），SSingle State Controller（S单级控制器类）。其他的类可根据需要增加。40 本文讨论的阀门远程控制器用于通用型电动阀门，现将通用型阀门的控制要求简单介绍如下：n 采集阀门的开度，用百分比表示（0100）；n 设定阀门的开度，用于设定阀门