СтудБаза - Блог - Протоколи засновані на CAN мережі

Главная > Блог

Протоколи засновані на CAN мережі

Сьогодні CAN мережі активно застосовуються в самих, здавалося б, несподіваних пристроях і механізмах - від пральних машин до томографів і ракет: атракціони, штампувальне, фрезерне і друкарське обладнання, морські судна, промислові роботи. Одне лише перерахування галузей людської діяльності, де сьогодні успішно трудиться Controller Area Network, здатне зайняти цілу сторінку. Можна пригадати добре відомі в Росії телескопи Carl Zeiss, пакувальники TetraPak, томографи Siemens, не кажучи вже про безліч марок європейських вантажних і легкових автомобілів: BMW, Mercedes Benz, Renault, Fiat, Volvo, Saab, Audi, в яких CAN мережа є нервовою системою , центром управління життєво важливими вузлами.

Ряд оригінальних і ефективних технічних рішень, покладених в основу CAN протоколу фірмою Bosch, а також наступні роки «перевірки на міцність» CAN мереж в самих різних, як правило, дуже непростих умовах експлуатації - воістину, у всіх трьох стихіях: на землі, в небесах і на морі - забезпечили CAN світове визнання, закріплене в 1993 році в міжнародному стандарті ISO 11898. На сьогоднішній день стандарт ISO 11898 поряд із сучасною специфікацією Bosch CAN 2.0A / B є базовим документом розробників CAN пристроїв - від трансиверів до модулів і мереж. Координацію зусиль виробників, розробників і користувачів CAN систем і технологій здійснює міжнародна некомерційна організація CiA (CAN in Automation), що об'єднує понад 300 компаній у всьому світі. Серед численних достоїнств CAN мереж можна виділити наступні.

Невисока вартість як самої мережі, так і її розробки. На ринку існує великий вибір CAN контролерів за ціною до $ 10, а найпростіші пристрої введення виведення - CAN SLIO (CAN 2.0A) коштують менше долара. Слід зазначити доступність і широкий вибір готових CAN модулів і недорогих інструментальних засобів.
Високий ступінь надійності і «живучості» мережі, завдяки розвиненим механізмам виявлення помилок (одна непомічена помилка за більш ніж триста років цілодобової роботи мережі на швидкості 500 кбіт / с), повтору помилкових повідомлень, самоізоляції несправних вузлів, імунітету до електромагнітних перешкод.
Простота конфігурації і масштабування мережі, відсутність теоретичних обмежень на кількість вузлів.
Підтримка різнотипних фізичних середовищ передачі даних, від кручений пари до оптоволокна і радіоканалу.
Ефективність реалізації режиму реального часу, завдяки мультімастерності, широкомовлення, побітову арбітражу та високій швидкості передачі даних (до 1 Мбіт / с).

Промисловий стандарт - десятки виробників CAN компонентів та обладнання, включаючи практично всіх електронних гігантів: Intel, Philips, Siemens, Motorola.
Гарантована доступність елементної бази протягом, як мінімум, 10 років.
Однак чинний стандарт CAN обмежується специфікацією тільки двох самих нижніх рівнів еталонної семиуровневой моделі взаємодії відкритих систем OSI / ISO - фізичного і канального (малюнок 1).

Малюнок 1 - Співвідношення еталонної моделі OSI / ISO і CAN-протоколів

Описуються фізичні параметри середовища передачі даних (тільки в ISO 11898), формати повідомлень, процеси передачі даних довжиною до 8 байт, механізми виявлення помилок та ін. Але за рамками стандарту залишаються вирішення таких важливих при розробці питань, як адресація вузлів, розподіл між ними CAN ідентифікаторів, інтерпретація вмісту фрейма даних, передача даних довжиною більше 8 байтів і ін., тобто все те, що зазвичай розглядається на більш високих рівнях, аж до 7 го прикладного. Зрозуміло, сервісів двох нижніх рівнів може виявитися цілком достатньо, коли мова йде про розробку порівняно простий мережі, що не планованої до розширення і вдобавок складається з створених під неї вузлів модулів. Або, приміром, стоїть завдання створити «закриту» мережу на основі оригінального протоколу. Але в переважній більшості випадків практичних CAN розробок двох «стандартних» рівнів виявляється явно мало, а винахід «велосипеда протоколів» для конкретного завдання - занадто дороге, довгий і, отже, малоефективне заняття. Тому з самого початку опублікування CAN-специфікацій і випуску перших CAN компонентів як незалежними компаніями, так і асоціаціями з промислової автоматизації безперервно велася і продовжується до цих пір робота над створенням специфікацій протоколів верхнього рівня - HLP (Higher Level Protocol) для CAN мереж.

Вже розроблені та існуючі в даний час специфікації протоколів CAN HLP, як правило, мають жатую трирівневу архітектуру (малюнок 3.10), що включає в себе два базових рівня CAN протоколу, іноді доповнюваних специфікаціями фізичного рівня (з'єднувачі, кабелі тощо), і прикладний рівень.

Сервісні функції проміжних рівнів або відсутні, або включені в прикладній. Дотримання повної ієрархії рівнів еталонної моделі OSI / ISO в системах управління не потрібно, крім того, наявність додаткових ізолюючих міжрівневих інтерфейсів призвело б до втрати продуктивності системи в режимі реального часу і зробило б істотно менш передбачуваними затримки проходження повідомлень у мережі.

Переваги використання стандартних HLP при розробці CAN мереж очевидні і непоодинокі. По перше, на відміну від використання тільки сервісів ISO 11898 або Bosch 2.0A / B, разом з тим чи іншим HLP розробник отримує в руки вже готові механізми передачі даних будь-якої довжини, процедури початкової ініціалізації, розподілу ідентифікаторів і т.п. , а крім цього, часто на додачу і конкретну специфікацію фізичного середовища: довжина і топологія шини, швидкості передачі, типи кабелів, з'єднувачів тощо - Для своєї області застосування (наприклад гідравліка, громадський транспорт), на підготовку і тестування якої в реальних умовах вже витрачені сили великого числа розробників та експертів. По друге, з'являється можливість інтегрування модулів сторонніх виробників і простого нарощування мережі в майбутньому, застосування широкого спектру наявних на ринку інструментальних засобів для того чи іншого HLP, що значно знижує час і вартість розробки і позитивно позначається на показниках надійності. У третє, протоколи HLP дозволяють максимально ефективно задіяти багато переваги CAN, особливо при роботі в режимі реального часу. І, нарешті, чимале число всіляких груп користувачів і виробників обладнання для тих чи інших HLP здатні якщо не вирішити за розробника його завдання, то вже, в усякому разі, значно полегшити йому життя.

А численність існуючих CAN протоколів прикладного рівня - на сьогодні їх вже більше чотирьох десятків - поряд з наявністю метапротоколов (наприклад CANKingdom) певною мірою знімає проблему, пов'язану з зворотним боком будь стандартизації та яка полягає в обмеженні свободи системного розробника.

Серед різноманіття CAN HLP, представлених на сучасному ринку CAN технологій, особливої уваги заслуговують чотирьох підтримуваних асоціацією CiA і отримали найбільше поширення останнім часом. Це CAL / CANopen, CANKingdom, DeviceNet і SDS (SmartDistributed System).

Комментарии

/Главная/	/Продать работу/	/Заказать работу/	/Блог/	/Контакты/	/Оплата/	/О нас/	/Как мы работаем/	/Регистрация/	/Вход в кабинет/