CANopen

Результатом дополнения CAL (точнее, некоторого его подмножества) системой профилей (устройств, интерфейсов, приложений и т. д.) и спецификациями физического уровня (типы соединителей, правила битового квантования, определяющие, на сколько квантов разделять бит и в каком месте бита считывать его значение, и т. д.) явилось появление более «конкретного» стандарта протокола CANopen. По существу, CANopen является одним из приложений прикладного уровня CAL, но единственным приложением подобного рода, поддерживаемым ассоциацией CiA. Профили устройств (CiA DS 40x) упрощают интеграцию модулей разных производителей в единую сеть, а определение минимального обязательного (mandatory) набора свойств модулей гарантирует работоспособность системы на базовом уровне. Первоначально CANopen предназначался для сетей управления движущимися механизмами в системах промышленной автоматики. Однако впоследствии он нашел применение в медицине, морской электронике, на транспорте и в системах автоматизации зданий.

Структура CANopen в соответствии с моделью OSI приведена на рис. 2.

Два нижних уровня соответствуют стандарту CAN (ISO 11898, CAN Specification 2.0 A/B). В дополнение к спецификациям физического уровня ISO 11898 (среда передачи данных — экранированная или неэкранированная двухпроводная дифференциальная линия) CANopen содержит собственные правила битового квантования, а также определяет три рекомендуемых типа соединителей:

§ 9-контактный D-Sub (DIN 41652),

§ 5-контактный круглый Mini (ANSI/B93.55M-1981),

§ 5-контактное открытое клеммное соединение.

Рекомендуемой разводкой контактов для всех типов соединителей предусмотрена возможность подачи питания (положительной полярности) на трансиверы узлов, имеющих гальваническую развязку. В сети CANopen определены восемь градаций скоростей передачи данных: 1 Мбит/с, 800, 500, 250, 125, 50, 20 и 10 кбит/с. Поддержка скорости 20 кбит/с является обязательной для всех модулей. Прикладной уровень представляет собой некоторое подмножество CAL и базируется на четырех его основных сервисных элементах: CMS, NMT, DBT и LMT, дополненных профилем соединения (CiA DS 301), определяющим базовые правила обмена данными и структуру словаря объектов. Более развитые механизмы сетевого взаимодействия для интеллектуальных устройств (человеко-машинные интерфейсы — HMI, PC-контроллеры, PLC, инструментальные средства и т. п.) описаны в дополнении к коммуникационному профилю (CiA DS 302).

В сети CANopen на прикладном уровне модули обмениваются между собой объектами-сообщениями — COB (Communication Object), включающими в себя один или более CAN-фреймов. Всего существует четыре типа таких объектов:

§ объекты данных процесса — Process Data Objects (PDO),

§ объекты сервисных данных — Service Data Object (SDO),

§ объекты специальных функций — Special Function Objects,

§ объекты сетевого управления — Network Management Objects.

Собственно для целей передачи данных используются два различных механизма — с использованием PDO и на основе SDO. SDO позволяют модулям обмениваться данными любого объема (при последовательностях более 8 байтов — благодаря использованию нескольких CAN-фреймов) в ацикличном низкоприоритетном режиме. Как правило, этот тип обмена используется для конфигурирования устройств или настройки формата PDO. Любое устройство, интегрируемое в сеть CANopen, должно обязательно поддерживать SDO-обмен. В противоположность SDO-типу, обмен на основе PDO используется для синхронной (цикличной или ацикличной) или асинхронной (инициируемой внешними прерываниями) скоростной передачи не более 8 байтов (длина поля данных фрейма CAN), имеет более высокий приоритет, чем SDO, и применяется для пересылок данных в режиме реального времени.

Различия между этими двумя типами передачи данных подобны разнице между тяжелым грузовиком и быстрым, легким спортивным автомобилем. Для выполнения специальных задач, в том числе диктуемых спецификой режима реального времени, служат объекты специальных функций:

§ синхронизации — Synchronization Object (SYNC) — служит для запуска синхронных процессов,

§ временных маркеров — Time Stamp Object — содержит значение абсолютного времени,

§ аварийный — Emergency Object (EMCY) — служит для передачи кодов ошибок модулей.

Объекты сетевого управления включают сообщения сервисов NMT, LMT и DBT. Администрированием сети занимается NMTмастер, который инициализирует устройства, обеспечивает контроль ошибок, а также производит их периодическую «перекличку» (Life Guarding) с помощью PDO-сообщений (Node Guarding Object) для выявления узлов, находящихся в нерабочем состоянии ввиду физического отсутствия или отключения от шины (bus off) по счетчику ошибок. Устройство в сети CANopen включает в себя три основные логические части:

§ интерфейс связи и ПО протокола,

§ словарь объектов,

§ интерфейс ввода-вывода и прикладное ПО.

Первая часть обеспечивает приемпередачу объектов по сети. Словарь объектов описывает типы данных, объектов связи (COB) и прикладных объектов, используемых в данном устройстве. Третья часть обеспечивает внутреннюю функциональность устройства и заимодействие с его аппаратным интерфейсом.

В целях максимального упрощения процесса интеграции модулей независимых производителей в единую сеть CANopen использует концепцию профилей устройств.К настоящему времени завершено формирование следующих профилей:

§ модули ввода-вывода (аналоговые и цифровые DSP-401),

§ приводы и модули управления перемещением (DSP-402),

§ элементы человеко-машинного интерфейса (DSP-403),

§ измерительные устройства и регуляторы (WD404),

§ кодеры (DSP-406).

В процессе разработки находятся профили для модулей управления гидравлическими механизмами, дизельными двигателями и железнодорожным транспортом. Кроме этого, существует единственный пока профиль интерфейса — IEC 1131 (DSP-405). Отдельного упоминания заслуживает профиль приложения WD-407 (IBIS-CAN) CAN-сетей в области управления электроникой на общественном транспорте (где CAN-сети вообще используются довольно интенсивно по всей Европе): билетный контроль, подсчет пассажиров, информационные панели и т. п.

Другим менее известным протоколом-приложением прикладного уровня CAL (и, в отличие от CANopen, требующим лицензирования) является протокол P-CAL (Portable CAN Application Layer), разработанный Университетом Вооруженных сил Германии.

Поиск по сайту: