Преимущества и недостатки CAN

Преимущества:

· возможность работы в режиме жёсткого реального времени;

· простота реализации и минимальные затраты на использование;

· высокая устойчивость к помехам;

· арбитраж доступа к сети без потерь пропускной способности;

· надёжный контроль ошибок передачи и приёма;

· широкий диапазон скоростей работы;

· большое распространение технологии, наличие широкого ассортимента продуктов от различных поставщиков;

Недостатки:

· максимальная длина сети обратно пропорциональна скорости передачи;

· относительно большой размер служебных данных в пакете (по отношению к полезным данным);

· отсутствие единого общепринятого стандарта на протокол высокого уровня.

18. CAL/CANopen.

CAL — СAN Application Layer (CiA DS 20x).

Фундаментом CAL служит канальный уровень CAN. CAL не является ориентированным на конкретные приложения стандартом протокола, не содержит профилей, привязанных к конкретным устройствам или задачам, и не определяет содержание передаваемых данных, но предлагает стандартизованные элементы сетевого сервиса прикладного уровня. Решение же вопроса, какую часть из них использовать, находится в ведении разработчика.

CAL включает в себя четыре составные части:

- спецификация CAN-сообщений (CMS — CAN Message Specification);

- сетевое управление(NMT _ Network Management);

- распределение идентификаторов(DBT — Identifier Distributor);

- управление уровнем (LMT — Layer Management).

Спецификация CMS описывает типы объектов взаимодействия в рамках объектно-ориентированного подхода, правила передачи данных разных типов посредством CAN-фреймов, взаимодействие между модулями в терминах модели клиент-сервер, механизмы передачи данных, включая передачу пакетов длиной более 8 байтов.

Сетевое управление построено на взаимодействии типа master-slave. Один модуль сети является NMT-мастером, все остальные — NMT-ведомые. Посредством сервисов управления NMT-мастер инициализирует, управляет NMT-ведомыми, которые желают принять участие о взаимодействии, и позволяет им общаться между собой посредством СMS-сервисов. Также в задачи сетевого управления входят контроль ошибок и конфигурирования устройств.

Благодаря DBT-сервисам происходит бесконфликтное распределение идентификаторов среди модулей под контролем DBT-мастера.

Посредством LMT-сервисов возможны запрос и изменение текущих параметров (значений идентификаторов, скорости передачи, битового квантования и т. п.) в модулях непосредственно из CAN-сети.

Результатом дополнения CAL системой профилей и спецификациями физического уровня явилось появление более детализированного стандарта протокола CANopen. По существу, CANopen является одним из приложений прикладного уровня CAL, но единственным приложением подобного рода, поддерживаемым ассоциацией СiA. 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. 7.2.

Рис. 7.2. Архитектура протокола CANopen

В дополнение к спецификациям физического уровня CANopen содержит собственные правила битового квантования, а также определяет три рекомендуемых типа соединителей:

1) 9-контактный DSub (DIN 41652),

2) 5-контактный круглый Mini(ANSI/B93.55M_1981),

3) контактное открытое клеммное соединение.

В сети CANopen определены восемь градаций скоростей передачи данных: 1 Мбит/с, 800, 500, 250, 125, 50, 20 и 10 бит/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, MT,DBT и LMT, дополненных профилем соединения (CiA DS 301), определяющим базовые правила обмена данными и структуру словаря объектов.

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

- объекты данных процесса — Process Data Objects (PDO);

- объекты сервисных данных — Service Data Object (SDO);

- объекты специальных функций — Special unction Objects;

- объекты сетевого управления — Network Management Оbjects.

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 — одержит 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 NMT-мастер, 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 программное обеспечение протокола;

- словарь объектов;

- интерфейс ввода-вывода и прикладное программное обеспечение.

Первая часть обеспечивает прием-передачу объектов по сети. Вторая (словарь объектов) описывает типы данных, объектов связи (COB) и прикладных объектов, используемых в данном устройстве. Третья часть обеспечивает внутреннюю функциональность устройства и взаимодействие 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), т.е. наши электропривода;

- элементы человеко-машинного интерфейса (DSP_403);

- измерительные устройства и регуляторы (WD_404);

- кодеры (DSP_406).

В процессе разработки находятся профили для модулей управления гидравлическими механизмами, дизельными двигателями и железнодорожным транспортом. Кроме этого, существует профиль интерфейса — IEC 1131 (DSP_405). Есть 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.