CAN总线高层协议解析：CANOPEN, DeviceNet与SDS

本文主要探讨了基于控制器局域网（CAN）的高层协议，包括CANOPEN、DeviceNet和SDS等，并对这些协议的关键特性进行了比较。这些协议被广泛应用于汽车系统、机械设备和工业自动化等领域，得益于CAN协议的高效、可靠和经济性。CAN协议在ISO11898标准中定义了物理层和数据链路层，但不涉及应用层，允许用户利用无连接的发送服务进行通信。 正文: 在分布式自动化系统中，CAN（Controller Area Network）协议因其独特的优点，如生产者-使用者数据传输机制和多主机能力，成为了首选的通信平台。为了进一步增强CAN的适用性和功能性，开发了若干高层协议，如CANOPEN、DeviceNet和SDS。这些协议在CAN的基础上，增加了信息标识符分配、过程数据交换、点对点通讯、网络管理和设备建模等功能，使得CAN系统更加灵活且易于集成。 1. CANOPEN是基于CAN的开放式通信标准，主要用于工业自动化。它提供了一个完整的网络层和应用层，包含了对象字典、错误处理和网络管理功能。CANOPEN通过NMT（Network Management Transport）服务来管理网络状态，确保节点的正确启动和停止。 2. DeviceNet是由ODVA（Open DeviceNet Vendor Association）维护的另一种CAN高层协议，主要用于工业控制。DeviceNet定义了设备配置、I/O数据传输和网络管理的规范，特别适合连接传感器和执行器。它使用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）策略进行冲突避免，并且具备设备发现和配置更新的能力。 3. SDS（Service Data Objects）是一种定义设备特性的协议，通常与CANOPEN一起使用，用于描述设备的输入/输出参数和功能。通过SDS，系统可以自动识别和配置连接到网络的设备。 4. 在基于CAN的较高层协议中，信息标识符分配系统是关键部分，它决定了不同消息的优先级和用途。例如，CANOPEN使用扩展帧格式，提供29位的标识符，可以容纳更多种类的消息。 5. 交换过程数据是这些协议的核心功能之一，它们定义了如何在节点之间有效地传输实时数据。CANOPEN中的PDO（Process Data Object）和DeviceNet的I/O数据包都为此目的设计。 6. 点对点通讯信道允许特定节点之间的直接通信，而不需要通过整个网络广播。这提高了通信效率并降低了网络负载。 7. 建立过程数据信息连接是指定义数据在哪些节点间传输，以及如何传输。CANOPEN的PDO映射过程确保了正确且及时的数据传输。 8. 网络管理是高层协议的另一关键组件，包括设备状态监控、错误检测和恢复。CANOPEN的NMT服务和DeviceNet的网络管理命令负责这项工作。 9. 设备建模和设备子协议定义了每个节点的特性，如功能、接口和行为。CANOPEN的DDS（Device Description Service）和DeviceNet的设备配置文件用于此目的。 CAN的高层协议如CANOPEN、DeviceNet和SDS为CAN协议增添了丰富的应用层功能，使其在各种自动化系统中得到广泛应用。这些协议的标准化和互操作性增强了系统的可扩展性和兼容性，推动了分布式自动化技术的发展。