PDF《Industry CAN-bus Application》

Industry CAN-bus Application Protocol iCAN 协议规范 Rev 1.

01 www.embedcontrol.com 广州致远电子有限公司 工业通讯网络事业部 广州致远电子有限公司 iCAN 协议规范 ?2007 Guangzhou Zhiyuan Electronics CO., LTD. Date:2007/12/17 iCAN 协议规范 Rev 1.00 2/57 Industry CAN-bus Application Protocol 修订历史 版本 日期 原因 Rev X1 2007/06/12 内部制定初稿 Rev 1.00 2007/09/22 第一次发布 Rev 1.01 2007/12/17 更改波特率定义 广州致远电子有限公司 iCAN 协议规范 ?2007 Guangzhou Zhiyuan Electronics CO., LTD. Date:2007/12/17 iCAN 协议规范 Rev 1.00 3/57 Industry CAN-bus Application Protocol 目录 1. CAN 协议规范简介

6 2. iCAN 协议规范的介绍

8 2.1 iCAN 协议规范中专有名词解释

8 2.2 iCAN 网络的特性

9 2.2.1 电气传输介质.9 2.2.2 物理层.10 2.2.3 数据链路层.10 2.3 iCAN 协议规范中数据通讯的实现

11 2.3.1 数据通讯模型.11 2.3.2 iCAN 网络设备的编址

12 2.3.3 基于连接的通讯.12 2.4 设备模型.13 2.4.1 资源节点.14 2.4.2 资源子节点.16 3. iCAN 协议报文格式

17 3.1 iCAN 报文的格式说明

17 3.2 iCAN 报文标识符的分配

17 3.2.1 MAC ID(节点地址)18 3.2.2 ACK(响应标识位)19 3.2.3 FuncID(功能码)19 3.2.4 Source ID(资源节点地址)19 3.3 iCAN 帧数据部分定义

20 3.3.1 Byte0(SegFlag)20 3.3.2 Byte1~Byte7(Para)21 4. iCAN 通讯帧传输协议

23 4.1 iCAN 协议通讯模式

23 4.1.1 主从通讯模式.23 4.1.2 事件触发通讯模式.24 4.2 iCAN 协议报文处理流程

24 4.3 iCAN 报文传输协议

26 4.3.1 iCAN 帧格式

26 4.3.1.1 命令帧.26 4.3.1.2 正常响应帧.26 4.3.1.3 异常响应帧.26 4.3.2 iCAN 报文传输的一般规则

26 4.3.2.1 MAC ID 检测帧

27 4.3.2.2 广播帧.27 广州致远电子有限公司 iCAN 协议规范 ?2007 Guangzhou Zhiyuan Electronics CO., LTD. Date:2007/12/17 iCAN 协议规范 Rev 1.00 4/57 Industry CAN-bus Application Protocol 4.3.2.3 事件触发帧.28 4.3.3 iCAN 分段传输协议

28 4.3.3.1 iCAN 分段帧格式

28 4.3.3.2 iCAN 分段传输规则

29 4.4 iCAN 通讯帧格式解析

32 4.4.1 连续写端口命令:FuncID=0x01

32 4.4.1.1 命令帧格式.32 4.4.1.2 响应帧格式.32 4.4.1.3 示例.33 4.4.2 连续读端口命令:FuncID=0x02

34 4.4.2.1 命令帧格式.34 4.4.2.2 响应帧格式.35 4.4.2.3 示例.36 4.4.3 事件触发传送命令:FuncID=0x03

37 4.4.3.1 命令帧格式.37 4.4.3.2 示例.37 4.4.4 建立连接命令:FuncID=0x04

37 4.4.4.1 命令帧格式.37 4.4.4.2 响应帧格式.38 4.4.4.3 示例.38 4.4.5 删除连接命令:FuncID=0x05

39 4.4.5.1 命令帧格式.39 4.4.5.2 响应帧格式.39 4.4.5.3 示例.39 4.4.6 设备复位命令:FuncID=0x06

40 4.4.6.1 命令帧格式.40 4.4.6.2 响应帧格式.40 4.4.6.3 示例.40 4.4.7 MAC ID 检测命令:FuncID=0x07.41 4.4.7.1 命令帧格式.41 4.4.7.2 响应帧格式.41 4.4.7.3 示例.41 5. iCAN 协议规范中设备定义

43 5.1 I/O 资源说明

44 5.1.1 DI:数字量输入单元.44 5.1.2 DO:数字量输出单元.44 5.1.3 AI:模拟量输入单元.44 5.1.4 AO:模拟量输出单元.45 5.1.5 Serial Port:串口输入、输出单元.45 5.1.6 Others:其他应用单元

46 5.2 配置资源说明.46 5.2.1 设备标识资源.47 广州致远电子有限公司 iCAN 协议规范 ?2007 Guangzhou Zhiyuan Electronics CO., LTD. Date:2007/12/17 iCAN 协议规范 Rev 1.00 5/57 Industry CAN-bus Application Protocol 5.2.2 通讯参数资源.47 5.2.3 I/O 参数及设置

49 6. iCAN 协议网络管理

51 6.1 iCAN 设备网络访问状态机制

51 6.1.1 网络状态.52 6.1.1.1 发送 MAC ID 检测报文状态.52 6.1.1.2 等待 MAC ID 响应报文.52 6.1.1.3 可操作状态.52 6.1.1.4 错误状态.52 6.1.2 MAC ID 检测应用说明

52 6.2 iCAN 通讯的控制

53 6.2.1 MAC ID 检测定时器

53 6.2.2 连接定时器.54 6.2.2.1 主站通讯定时参数(CyclicMaster)定义

54 6.2.2.2 连接定时器应用规则.54 6.2.3 循环传送定时器.55 6.2.3.1 定时循环参数(CyclicParameter)定义

55 6.2.3.2 循环定时应用规则.55 6.2.4 事件触发时间管理.56 声明.57 广州致远电子有限公司 iCAN 协议规范 ?2007 Guangzhou Zhiyuan Electronics CO., LTD. Date:2007/12/17 iCAN 协议规范 Rev 1.00 6/57 Industry CAN-bus Application Protocol 1. CAN 协议规范简介 CAN-bus( Controller Area Network) 即控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场总 线之一. 最初 CAN-bus 被设计作为汽车环境中的微控制器通讯, 在车载各电子控制装置 ECU 之间交换信息,形成汽车电子控制网络.比如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、 电子主干系统中,均嵌入 CAN 控制装置. CAN-bus 是一种多主方式的串行通讯总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电 磁干扰性而且能够检测出产生的任何错误.当信号传输距离达到 10Km 时,CAN-bus 仍可 提供高达 5Kbps 的数据传输速率.由于 CAN 串行通讯总线具有这些特性,它很自然地在 汽车制造业以及航空工业中受到广泛应用. 作为一种技术先进、 可靠性高、 功能完善、 成本合理的远程网络通讯控制方式, CAN-bus 已被广泛应用到各个自动化控制系统中.从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用 CAN-bus. 例如在汽车电子、 自动控制、 智能大厦、 电力系统、 安防监控等各领域, CAN-bus 都具有不可比拟的优越性.CAN-bus 的主要特性如下: z 低成本;

z 多主结构,极高的总线利用率;

z 很远的数据传输距离(长达 10Km) ,高速的数据传输速率(高达 1M bit/s) ;

z 短的报文长度:每个报文允许传输最高

8 个字节的数据;

z 引入报文滤波,可根据报文的标识符决定接收或屏蔽该报文;

z 报文不包含源地址或目标地址,仅用标识符来指示功能信息、优先级信息;

z 可靠的错误处理和检测机制, ;

发送的信息遭到破坏后,可自动重发;

z 节点在错误严重的情况下,具有自动退出总线的功能. 从OSI 网络模型的角度来看, 现场总线网络一般只实现了第

1 层 (物理层) 、 第2层(数 据链路层) 、第7层(应用层) .CAN(Controller Area Network)现场总线仅仅定义了第

1 层:物理层以及第

2 层:数据链路层(参考 ISO11898 标准) . 图1.1 CAN-bus 的分层结构 广州致远电子有限公司 iCAN 协议规范 ?2007 Guangzhou Zhiyuan Electronics CO., LTD. Date:2007/12/17 iCAN 协议规范 Rev 1.00 7/57 Industry CAN-bus Application Protocol 由于 CAN 总线底层协议没有规定应用层,本身并不完整;

在基于 CAN-bus 的分布式控 制系统中,有些附加功能需要一个高层协议来实现,例如 CAN 报文中的 11/29 位标识符和

8 字节数据的使用,发送大于

8 个字节的数据块,如何响应或者确定报文的传送,网络的启 动及监控,网络中 CAN 节点的标识和故障识别等. 因此有必要建立一个高层协议,即基于 CAN 总线的应用层协议,能够在 CAN 网络中 实现统一的通讯模式,执行网络管理功能,以及提供设备功能描述方式. 目前在已经有一些可以使用的高层协议,例如: z DeviceNet 协议, 制定组织:ODVA z CANOpen 协议,制定组织:CiA z CAL 协议,制定组织:CiA z SDS 协议,制定组织:Honeywell z CANKingdom 协议,制定组织:Kvaser 目前真正占领市场的两个应用层协议是:DeviceNet 协议和 CANOpen 协议.DeviceNet 协议适合于工业自动化控制.CANopen 协议适合于产品部件内部的嵌入式网络,在汽车、 电梯、医疗仪器以及船舶运输等领域均有广泛的应用.但是 DeviceNet 和CANopen 协议规 范比较复杂,理解和开发的难度比较大,对于一些并不复杂的基于 CAN 总线的控制网络不 太适合.因此有必要开发设计一种简单可靠的 CAN 高层协议,以适合于 CAN 的简单应用 场合,iCAN 协议由此应运而生. 广州致远电子有限公司 iCAN 协议规范 ?2007 Guangzhou Zhiyuan Electronics CO., LTD. Date:2007/12/17 iCAN 协议规范 Rev 1.00 8/57 Industry CAN-bus Application Protocol 2. iCAN 协议规范的介绍 iCAN 协议全称 Industry CAN-bus ApplicatI/On Protocol , 即工业 CAN-bus 应用层协议, 它向工业控制领域提供了一种易于构建的 CAN-bus 网络,为工业现场设备(传感器、仪表 等)与管理设备(工控机、PLC 等)之间的连接提供了一种低成本的通讯解决方案. iCAN 协议详细的定义了 CAN 报文中 ID 以及数据的分配和应用, 建立了一个统一的设 备模型,定义了设备的 I/O 资源和访问规则,通信模型如图 2.1 所示. 图2.1 iCAN 协议通信模型 iCAN 协议规范主要描述了以下的内容: z iCAN 报文格式定义:规定了 iCAN 协议规范中使用的 CAN 帧类型、以及帧 ID、 报文数据的使用等;

z 报文传输协议:规定了基于 iCAN 协议的设备之间的通讯方式;

z 设备的定义:设备标识、设备应用单元、设备通讯以及应用参数以及定义标准设备 类型,区分网络上设备具有的不同功能或者产品类型;

z 网络管理:规定了设备通讯监控以及错误管理. 2.1 iCAN 协议规范中专有名词解释 z 源节点:发送报文的节点. z 目标节点:接收报文的节点. z 主站(主控节点、主控设备、主站) :基于 iCAN 协议网络中的管理设备,负责管 理整个网络中的通讯,可以为 PC 或者嵌入式设备. z 从站(受控节点、受控设备、从站) :基于 iCAN 协议网络中的 I/O 设备单元,主站 建立与从站的数据通讯,从从站获取输入数据,并向它分配输出数据. z 节点:iCAN 网络中主站和从站. 广州致远电子有限公司 iCAN 协议规范 ?2007 Guangzhou Zhiyuan Electronics CO., LTD. Date:2007/12/17 iCAN 协议规范 Rev 1.00 9/57 Industry CAN-bus Application Protocol z 资源节点:指设备中特定的应用单元,如I/O 端口. z 资源子节点:指设备中特定配置单元中的子单元,如配置资源. z MAC ID:Media Acess Control ID,媒体访问控制标识.iCAN 网络中节点的唯一标 识. 2.2 iCAN 网络的特性 图2.2 符合[ISO99-2]的总线拓扑结构 iCAN 网络使用如图 2.2 所示的符合 CAN 的高速标准[ISO99-2]规定的拓扑结构,终端 电阻的标称值为 120Ω. iCAN 网络最多支持

64 个节点(主站和从站总数不超过

64 个) ,节点与网络线缆之间 用分支线连接.在实际应用时要求网络中的分支线尽可能短,在1Mbps 速率下,分支线最 长为 0.3m,在速率较低的情况下,分支线可以延长.iCAN 网络最大的通讯距离与网络中的 通讯速率相关, iCAN 网络中位速率和最大总线长度之间的关系如表 2.1 所示. 表2.1 位速率和最大总线长度 位速率/kbps

1000 500

250 125

100 50

20 10 最大距离/m

40 130

270 530

620 1300

3300 6700 2.2.1 电气传输介质 双绞线是用于实现 iCAN 网络的典型物理介质. 采用双绞线传输时必须在总线的每一端 接一个电阻(建议值为

120 欧)以避免出现信号反射.即使在非常低的信号电平下也能保证 信号的可靠传输. 此外, 通过双绞线可以补偿电磁辐射的干扰, 这样就提高了抗干扰的能力. 对于双绞线电缆参数的选择,可以参考表 2.2 中的 ISO/DIS

11898 推荐值. 表2.2 与传输线长度相关的电缆直流参数推荐值 电缆 总线长度 直流电阻 导线截面积 终端电阻 最大波特率 0…40m 70m?/m 0.25 mm? ~0.34 mm? AWG23, AWG22 124?/1% 1Mbit/s at 40m 40m…300m 500kbit/s at 100m 广州致远电子有限公司 iCAN 协议规范 ?2007 Guangzhou Zhiyuan Electronics CO., LTD. Date:2007/12/17 iCAN 协议规范 Rev 1.00 10/57 Industry CAN-bus Application Protocol 300m…600m 100kbit/s at 500m 600m…1km 50kbit/s at 1km z 电缆交流参数推荐值:120? 特征电阻、........