应用层协议介绍

CAN-bus应用层通讯协议介绍Version1.102006年5月应用层协议介绍现场总线CAN－bus什么是应用层协议应用层协议基础应用层协议介绍常用的应用层协议参考文献现场总线CAN-bus现场总线的概念开放式、数字化、多点通信的底层控制网络技术应用在生产现场，微机测量控制设备之间串行数字通信总线国际电工委员会IEC61158标准定义：现场总线是指安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线CAN-bus为目前应用最为广泛的现场总线之一为什么需要制定应用层协议现场总线的OSI结构OSI结构体系为7层现场总线的特点：网络功能并不复杂网络节点多为：传感器、控制器、执行器等网络数据量并不大要求较高实时性和可靠性现场总线网络通讯模型作了简化通常包括物理层、数据链路层以及应用层OSI应用层数据链路层物理层为什么需要制定应用层协议CAN–busOSI结构为什么需要制定应用层协议现场总线对于通讯协议的要求：通讯介质的多样性：支持多种通讯介质，满足不同的现场环境的要求实时性：信息不允许有较大的时延或者时延的不确定可靠性：具备抗各种干扰的能力以及完善的检测、纠错功能数字特征：数据以0或者1的数字信息在各设备以及网络上串行的进行传输可互操作性：不同制造商制造的现场仪表可以在同一总线上互相通信和操作为什么需要制定应用层协议CAN总线的底层协议规范：CAN2.0A/B协议CAN总线采用短帧报文，抗干扰能力强，可靠性高定义物理层和数据链路层没有规定应用层，本身并不完整OSI的七层中应用层最复杂，与用户需要密切相关：应用层具体定义所要传送的信息为什么需要制定应用层协议在CAN应用网络中，附加功能需要通过应用层协议实现：流程控制；网络启动；发送长于8字节的数据块、响应块，或确定数据传送；为不同的物理节点分配报文标识符；定义帧报文的数据内容与含义；节点监控，节点故障的诊断和标识。应用层协议基础主从式/多主型广播/点对点ACK/NoACKCAN2.0A/B帧格式

CAN2.0A帧：11位ID+最多8bytes数据

CAN2.0B帧：29位ID+最多8bytes数据常用的应用层协议DeviceNetCALCANOpenCANKingdomSAEJ1939OSEK/VDXSDS标准协议的特点一个开放的、标准化的CAN-bus高层协议；制定属于特定行业的CAN-bus应用方案；支持不同厂商设备的互用性、可交换性；完善地定义标准设备模型；开放扩充自定义设备的接口；对总线仲裁、数据交换、错误处理有明确的限定标准协议的优势为分布式自动化控制系统的设计实现，提供一个经过实际检验过的系统结构。可以缩短产品开发时间，降低产品的开发成本和开发风险。能够支持不同生产厂家设备的互用性和可交换性。目前市场上有大量的支持基于标准高层协议开发的工具。常用的高层协议一些常用的CAN-bus高层协议：DeviceNet

协议 制定组织：ODVACAL协议制定组织：CiACANopen

协议 制定组织：CiACANKingdom

协议 制定组织：KvaserJ1939协议制定组织：SAESDS协议 制定组织：HoneywellDeviceNet协议和CANopen协议是真正占领市场的高层协议。2002年6月，广州周立功单片机发展有限公司成为中国的第一家CiA

团体会员。2002年8月，广州周立功单片机发展有限公司加入ODVA协会。DeviceNet

协议简介DeviceNet

协议特别为工业自动控制而定制；DeviceNet

TM是一个非常成熟的开放式网络，它根据抽象对象模型来定义；DeviceNet

允许多个复杂设备互连接，也允许简单设备的互换性；基于CAN技术的DeviceNet

提供了相当重要的设备级诊断功能。请参考周立功公司的《DeviceNet

开发教程》。DeviceNet

技术特点网络大小：最多64个节点；网络模型：生产者/消费者模型；网络长度：可选的端对端网络距离随网络传输速度变化；波特率：125kbps，距离：500m（1640ft）波特率：250kbps，距离：250m（820ft）波特率：500kbps，距离：100m（328ft）数据包：0～8字节；总线拓扑结构：线性干线/支线，电源和信号在同一网络电缆中；总线寻址：带多点传送（一对多）的点对点；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。DeviceNet

技术支持协议DeviceNetSpecificationsRelease2.01997Vol.ICommunicationModelandProtocolVol.IIDeviceProfilesandObjectLibrary网站/应用工业控制电力通讯CAL协议CAL（CANApplicationLayer）协议发布于1993年，是CiA

首批的效力条款之一CAL为基于CAN的分布式系统的实现，提供了一个不依赖于应用面向对象的环境为通讯标识符分布，网络和层管理提供了对象和服务CAL的主要应用在基于CAN的分布式系统，系统不要求可配置性以及标准化的设备建模CAL协议应用在欧洲一些公司在尝试使用CAL，尽管CAL在理论上正确并在工业上可以投入应用，但每个用户都必须设计一个新的子协议,因为CAL是一个真正的应用层。CAL可以被看作开发一个应用CAN方案的必要理论步骤，但在这一领域它不会被推广CANOpen

协议简介CANopen

协议这是一个基于CAL的子协议，用于产品部件的内部网络控制；CANopen

不仅定义了应用层和通讯子协议，也为可编程系统不同器件接口应用子协议定义了页/帧状态。CANopen

协议中设备建模是借助于对象目录而基于设备功能性的描述；CANopen在汽车电控制系统、电梯控制系统、安全监控系统、医疗仪器、纺织机械、船舶运输等方面均得到了广泛的应用。CANOpen

协议内容CANopenCommunicationProfileforIndustrialSystemsbasedonCAL

CiADraftStandard301,Version3.0

CiADraftStandardProposalDSP302，Version3.1FrameworkforProgrammableDevices

CiADraftStandardProposalDSP401,Version1.4DeviceProfileforI/OModules

CiADraftStandardProposalDSP402,Version1.0DeviceProfilesDrivesand

MotionControlCANOpen

技术支持网站www.can-cia.de应用嵌入式应用自动化机械越野车辆工业控制医疗器械电梯控制CANKingdomCANKingdomismorethenaHLP:AMetaprotocolIntroducedbyKVASER,SwedenA‘King’(systemdesigner)takesthefullresponsibilityofthesystemTheKingisrepresentedbytheCapital(supervisingnode)WorldwideproductidentificationstandardEAN/UPCisusedforApplicationsMachinecontrol,e.g.industrialrobots,weavingmachines,mobilehydraulics,powerswitchgears,widerangeofmilitaryapplicationsAdvantagesDesignedforsafetycriticalapplicationsRealtimeperformanceScalabilityIntegrationofDeviceNet&SDSmodulesinCANKingdompossibleSAEJ1939FeaturesDevelopedbySocietyofAutomotiveEngineers(SAE)heavytrucksandbusdivisionUseofthe29identifiersSupportofreal-timecloseloopcontrolApplicationsLighttoheavytrucksAgricultureequipmente.g.tractors,harvesteretc…EnginesforpublicworkSAEJ1939基于CAN2.0B帧格式ID28ID27ID26ID25ID24ID23ID22ID21ID20ID19ID18SRRIDEID17ID16ID15PRIORITYRDPPDUFormat（PF）11PFPSID14ID13ID12ID11ID10ID9ID8ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0RTRPDUSpecific（PS）SourceAddress0/1DLC3～DLC0DataLengthCode(0～8)数据部分（0～8字节

）OSEK/VDXInitializedby:BMW,Bosch,DaimlerChrysler,Opel,Siemens,VW&IIIToftheuniversityofKarlsruhe/PSAandRenaultOSEK/VDXincludes:Communication(dataexchangewithinandbetweenControlunits)Networkmanagement(configurationdeterminationandmonitoring)Operatingsystem(real-timeexecutiveforECUsoftware)Motivation:High,recurringexpensesinthedevelopmentandvariantmanagementofnon-applicationrelatedaspectsofcontrolunitsoftwareCompatibilityofcontrolunitsmadebydifferentmanufacturesduetodifferentinterfacesGoal:portabilityandre-usabilityoftheapplicationsoftwareAdvantages:clearsavingincostsanddevelopmenttimeSDSSDS(SmartDistributedSystem)CreatedbyHoneywellClosetoDeviveNet,CAL&CANopenCAN-basednetwork,advancedbussystemforintelligentsensorsandactuatorsSDSFeatures：ClosetoDeviveNet,CAL&CANopenOverasingle4-wirecable,SmartDistributedSystemcaninterfaceupto64