4. Формат кадра can

Рис. 3.6. Формат кадра CAN 2.0А

1) SOF (Start of Frame) - стартовый бит "начало кадра".

2) Поле арбитража, содержит 11-битный идентификатор и бит RTR запроса удаленной передачи (Remote Transmission Request). Этот бит указывает, передается ли кадр данных или кадр запроса (в котором отсутствует поле данных).

3) Управляющее поле содержит бит расширения идентификатора (IDE - identifier extension), который указывает тип формата кадра - стандартный или расширенный.

RO - зарезервированный для будущего применения бит

DLC - указание длины поля данных (4 бита).

4) Поле данных (0-8 байт)

5) Поле циклического контроля CRC, используется для определения ошибок (15 бит)..

6) Поле подтверждения (АСК) состоит из области АСК (1 бит) и ограничителя поля. АСК-бит помещается на шину передатчиком как рецессивный (логическая 1). Приемники, корректно принявшие эти данные, переписывают его в логический 0, делая его доминантным. Таким образом, передающий узел получает подтверждение, что хотя бы один приемник правильно принял его сообщение. Сообщения подтверждаются приемниками независимо от результата тестирования данных при приёме.

7) Конец сообщения указывается концом кадра, после которого идет пауза. Длина паузы равна минимальному количеству битов, отделяющих последовательные сообщения. Если в этот момент ни одна из станций не выдает запрос на доступ к шине, то шина остается незанятой.

В настоящее время CAN - интерфейс широко применяется во многих областях, в том числе в промышленной автоматике и в аэрокосмическом приборостроении. Предназначен для организации высоконадежных и недорогих каналов связи в распределенных системах управления.

Протокол CAN определяет только первые два уровня ISO/OSI – физический и уровень доступа к среде передачи данных и реализован в дешевых (менее доллара) широко распространенных микросхемах. Для превращения его в полнофункциональный сетевой протокол необходим дополнительный программный уровень. На базе CAN реализованы сети DeviceNet, SDS, CANOpen и др.

Промышленные сети на основе can

1. DeviceNet

Происхождение: Allen-Bradley, 1994 год.

Длина соединения: от 100 до 500 метров.

Скорость передачи данных: 125, 250 и 500 Кбит/с.

Максимальный размер сообщения: 8 байт на сообщение для одного узла.

Область применения: в основном сборочные, сварочные и транспортировочные агрегаты. Особенно широкое распространение данная шина получила в автомобильной и полупроводниковой отраслях промышленности.

Достоинства: низкая стоимость, широкое распространение, высокая надежность, эффективное использование пропускной способности, подача питающего напряжения по сетевому кабелю.

Одним из главных достоинств DeviceNet является поддержка нескольких типов обмена сообщениями. Для обеспечения наиболее эффективной передачи сообщений в сети одновременно могут использоваться несколько методов.

1) Опрос (Polling): опрашивающее устройство поочередно запрашивает данные из каждого устройства сети либо посылает данные в это устройство. Данный метод является самым совершенным, но и самым медленным.

2) (Широковещательное) стробирование (Strobing): опрашивающее устройство посылает подчиненным устройствам общий запрос, после чего подчиненные устройства по очереди отсылают главному данные о своем состоянии (первым отвечает узел с номером 1, вторым с номером 2 и т.д.). Меняя порядок нумерации узлов, можно задавать приоритетность сообщений. Опрос и широковещательное стробирование наиболее распространенные способы сбора данных.

3) Периодическая отсылка (Cyclic): сетевые устройства автоматически с установленной периодичностью передают центральному узлу сведения о своем состоянии. Сообщения данного типа, называемые иногда heartbeat-сообщениями (сообщениями типа "я живой"), нередко используются совместно с сообщениями об изменении состояния (Change of State) для индикации текущей работоспособности устройства.

4) Изменение состояния (Change of State): отсылка сообщения происходит только по факту изменения состояния устройства. Отличается наименьшими временными затратами, в крупных сетях его производительность может оказаться выше, чем в сетях с использованием метода опроса. Является самым экономичным с точки зрения временных затрат, но, иногда и наименее точным, поскольку производительность и время отклика становятся непредсказуемыми величинами.

5) Явное сообщение (Explicit Messaging): передача сообщения с одновременным указанием способа его интерпретации устройством. Широко используется для связи с такими сложными устройствами, как приводы и контроллеры в целях получения значений параметров, меняющихся не так быстро и часто, как производственная информация.

6) Фрагментированное сообщение (Fragmented Messaging): если размер передаваемого сообщения превышает восемь байт, оно может быть разделено на несколько восьмибайтовых фрагментов с последующим восстановлением сообщения в принимающем устройстве. Обычно фрагментирование выполняется автоматически, без вмешательства со стороны пользователя.

7) UCCM (UnConnected Massage Manager Менеджер однорангового обмена): UCMM-интерфейсы DeviceNet могут непосредственно взаимодействовать друг с другом на одноранговой (peer-to-peer) основе. В отличие от связи типа "главный-подчиненный", любое UCMM-устройство обменивается данными с другим UCMM-устройством напрямую, без предварительной отсылки информации в главное устройство.

Недостатки: ограниченные пропускная способность, размер сообщений и длина соединения.

2. CANopen

Происхождение: CAN in Automation, 1993 год.

Максимальное число узлов: 64.

Длина соединения: от 100 до 500 метров.

Скорость передачи данных: 125, 250, 500 и 1000 Кбит/с.

Максимальный размер сообщения: 8 байт на сообщение для одного узла.

Типы сообщений: аналогично DeviceNet.

Область применения: в системах управления перемещением (текстильная и полиграфическая отрасли, упаковочные линии, опрессовка под давлением), сварочных агрегатах, в роботизированном производстве, подъемных и транспортных системах.

Достоинства: по сравнению с другими сетями на базе CAN сеть CANopen в большей степени пригодна для быстродействующих систем управления и контуров регулирования с обратной связью. Высокая надежность, рациональное использование пропускной способности, подача питающего напряжения по сетевому кабелю. Основное отличие CANОpen от других промышленных шин, ориентированных на соединения типа Master/Slave, заключается в способности каждого узла самостоятельно обмениваться данными с другим узлом, минуя главное устройство.

Недостатки: малая распространенность за пределами Европы, сложность протокола, а также общие для всех CAN-сетей недостатки (ограниченная пропускная способность, ограниченный размер сообщений, ограниченная длина соединения).