如何構(gòu)建專屬自己的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議

 隨著CAN-bus相關(guān)芯片價格的下降，內(nèi)置CAN控制器MCU的增多，CAN-bus當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入了眾多早期由于成本問題無法使用的領(lǐng)域，成為極具生命力的現(xiàn)場總線，今天我們就來探討如何構(gòu)建專屬自己的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議。

在CAN-bus網(wǎng)絡(luò)上，CAN報文以廣播的形式發(fā)送，CAN報文不包含地址信息，是否處理接收到的CAN報文由接收點的軟件確定。CAN-bus只提供可靠的報文傳輸服務(wù)，CAN報文的使用由應(yīng)用者定義， 所以CAN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點要相互通信就必須制定一個統(tǒng)一的規(guī)則。CAN應(yīng)用層協(xié)議就是這樣一個規(guī)則。

這個規(guī)則，定義了CAN報文中幀ID及幀數(shù)據(jù)的使用方式，如將幀ID定義為需要處理該幀數(shù)據(jù)的CAN節(jié)點地址等。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，國際上出現(xiàn)了多種CAN應(yīng)用層協(xié)議，常見的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議如下：

圖1

接下來，我們看一下如何構(gòu)建CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議

l構(gòu)建一個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有：

l總線傳輸信息的速度、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點容量等;

l高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸;

l最大傳輸距離時延時大小的確定;

l網(wǎng)絡(luò)的容錯技術(shù);

l網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷功能。

要解決以上問題，需要充分考慮現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)所采用的總線類型，因為以上問題和總線的性能特點是密切相關(guān)的，那么我們就看一下CAN-bus總線的上述特性：

lCAN-bus網(wǎng)絡(luò)傳輸速度最高可達(dá)1Mbps,并采用無損仲裁，通過報文標(biāo)識符指示報文優(yōu)先級;

lCAN-bus采用差分信號傳輸，并采用可靠的數(shù)據(jù)校驗和錯誤檢測機(jī)制;

lCAN-bus采用幀傳輸，每個報文允許傳輸最多8個字節(jié)，幀結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格規(guī)定，能夠確定最大傳輸延時;

lCAN-bus具有可靠的錯誤機(jī)制和檢測機(jī)制，發(fā)送的信息遭到破壞后可以重新發(fā)送;節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動退出總線的功能;

l可以通過制定嚴(yán)禁的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議解決網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和診斷。

CAN報文的分配

包含報文標(biāo)識符的分配和報文數(shù)據(jù)的分配，報文格式的定義，實質(zhì)是將CAN報文的分配規(guī)則進(jìn)行詳細(xì)的描述。

報文ID的定義：

CAN2.0A幀：11位ID

CAN2.0B幀，29位ID

報文數(shù)據(jù)的定義：每幀報文最多包含8字節(jié)數(shù)據(jù)

CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)

在CAN網(wǎng)絡(luò)中，通過報文的標(biāo)識符進(jìn)行信息的區(qū)分，因此通過報文的各種標(biāo)識符分配來達(dá)到建立信息鏈接的目的。

圖2 命令/響應(yīng)模式通信

CAN應(yīng)用層協(xié)議：面向節(jié)點和面向報文的協(xié)議

數(shù)據(jù)通信協(xié)議基本上可以劃分為“面向節(jié)點的協(xié)議”和“面向報文的協(xié)議”兩種類型，如下圖：

圖3：面向節(jié)點和面向報文的數(shù)據(jù)通信

制定一個CAN應(yīng)用層協(xié)議

為了給讀者演示CAN應(yīng)用層協(xié)議的開發(fā)和使用方法，下面定義一個簡單的CAN應(yīng)用協(xié)議棧，該協(xié)議棧中只用到CAN標(biāo)準(zhǔn)幀中的數(shù)據(jù)幀，幀ID中的11個位的分配和使用方法如下表所列，協(xié)議中另外還定義了功能參數(shù)長度變量FunDataLen的功能參數(shù)數(shù)組FunData,該數(shù)組在需要時可以為某些特定功能函數(shù)提供足夠的控制參數(shù)。

圖4