如何規(guī)范通訊數(shù)據(jù)類型?

摘要：當前的通訊方式各式各樣，通訊協(xié)議也是五花八門，如何讓通訊更加穩(wěn)定可靠，這是很多工程師的棘手問題。本文將運用國際規(guī)范的通訊標準解說其通訊協(xié)議的定義方式。

過程數(shù)據(jù)對象PDO(Process data object)

PDO屬于過程數(shù)據(jù)用來傳輸實時數(shù)據(jù)，即單向傳輸，無需接收節(jié)點回應CAN報文來確認，從通訊術語上來說是屬于“生產(chǎn)消費”模型PDO，如圖 1所示，就像食品銷售柜臺，生產(chǎn)者擺出“食品”，但只有“需要”的消費者才會來買，沒有指向性。

圖 1 生產(chǎn)者消費者模型

數(shù)據(jù)長度被限制為1~8 字節(jié)。最多只要1幀就可以把一條信息或者一個變量傳遞結束。

PDO的CAN-ID定義

PDO通信比較靈活，廣義上只要符合PDO范圍內(nèi)的所有CANID都可以作為節(jié)點自身的TPDO或者RPDO使用，也稱為COB-ID，不受功能碼和Node-ID限制，如圖 2所示。

圖 2 PDO的CANID規(guī)則

而在PDO預定義中，人為規(guī)定了TPDO和RPDO，規(guī)定了Node-ID在PDO中的位置，規(guī)定了PDO的編號，如表 1所示。

表 1 PDO的CAN-ID定義

PDO分為TPDO(發(fā)送PDO)和(接收RPDO)，發(fā)送和接收是以CANopen節(jié)點自身為參考(如果CAN主站或者其他從站就相反)。TPDO和RPDO分別有4個數(shù)據(jù)對象，每種數(shù)據(jù)對象就是1條CAN報文封裝，這些都是數(shù)據(jù)收發(fā)的容器，就像圖 3所示，水果籮筐為使用者準備好，就看使用者在里面放什么水果了。

圖 3 PDO和SDO就像水果籮筐

當然，如果某個節(jié)點需要傳遞的資源特別多，則有出現(xiàn)例如TPDO5之類的數(shù)據(jù)對象，而它們的CAN-ID定義就需要打破預定義的規(guī)則，比如我們可以定義Node-ID為1的節(jié)點中TPDO5是182h，這里的PDO的COB-ID中的低7位不再是表示Node-ID。其實所有的PDO的COB-ID與Node-ID無必然規(guī)則上的聯(lián)系。

PDO的傳輸形式

PDO的兩種傳輸方式：同步傳輸和異步傳輸。 如圖 4所示，1、2為異步傳輸，3、4為同步傳輸。

圖 4 PDO的傳輸形式

異步傳輸(由特定事件觸發(fā))

其觸發(fā)方式可有兩種，第一種是由設備子協(xié)議中規(guī)定的對象特定事件來觸發(fā)(例如，定時傳輸，數(shù)據(jù)變化傳輸?shù)?。第二種是通過發(fā)送與PDO的COB-ID相同的遠程幀來觸發(fā)PDO的發(fā)送。目前應用中的異步傳輸基本都采用第一種。

同步傳輸(通過接收同步對象實現(xiàn)同步)

同步傳輸就是通過同步報文讓所有節(jié)點能在同一時刻進行上傳數(shù)據(jù)或者執(zhí)行下達的應用指令，可以有效避免異步傳輸導致的應用邏輯混亂和總線負載不平衡的問題。一般發(fā)送同步報文的節(jié)點是NMT主機。

同步傳輸又可分為周期傳輸(循環(huán))和非周期傳輸(無循環(huán))。周期傳輸則是通過接收同步對象(SYNC)來實現(xiàn)，可以設置1~240個同步對象觸發(fā)。 非周期傳輸是由遠程幀預觸發(fā)或者由設備子協(xié)議中規(guī)定的對象特定事件預觸發(fā)傳送。

PDO的通信參數(shù)

PDO通信參數(shù)，定義了該設備所使用的COB-ID、傳輸類型、定時周期等。RPDO通訊參數(shù)位于對象字典索引的1400h to 15FFh，TPDO通訊參數(shù)位于對象字典索引的1800h to 19FFh。每條索引代表一個PDO的通信參數(shù)集，其中的子索引分別指向具體的各種參數(shù)。如表 2所示。

表 2 PDO的通信參數(shù)

￭Number of entries參數(shù)條目數(shù)量：即本索引中有幾條參數(shù);

￭COB-ID：即這個PDO發(fā)出或者接收的對應CAN幀ID;

￭發(fā)送類型：即這個PDO發(fā)送或者接收的傳輸形式，通常使用循環(huán)同步和異步制造商特定事件較多;

￭Inhibit time生產(chǎn)禁止約束時間(1/10ms)：約束PDO發(fā)送的最小間隔，避免導致總線負載劇

￭烈增加，比如數(shù)字量輸入過快，導致狀態(tài)改變發(fā)送的TPDO頻繁發(fā)送，總線負載加大，所以需要一個約束時間來進行“濾波”，這個時間單位為0.1ms;

￭Event timer事件定時器觸發(fā)的時間(單位ms)：定時發(fā)送的PDO，它的定時時間，如果這個時間為0，則這個PDO為事件改變發(fā)送。

￭SYNC start value同步起始值：同步傳輸?shù)腜DO，收到諾干個同步包后，才進行發(fā)送，這個同步起始值就是同步包數(shù)量。比如設置為2，即收到2個同步包后才進行發(fā)送。

PDO的映射參數(shù)

PDO映射參數(shù)是初學者學習CANopen時的一個難點，它包含了一個對象字典中的對象列表，這些對象映射到相應的PDO，其中包括數(shù)據(jù)的長度(單位，位)，對于生產(chǎn)者和消費者都必須要知道這個映射參數(shù)，才能夠正確的解釋PDO內(nèi)容。就是將通信參數(shù)、應用數(shù)據(jù)和具體CAN報文中數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。

RPDO通訊參數(shù)1400h to 15FFh，映射參數(shù)1600h to 17FFh，數(shù)據(jù)存放為2000h 之后廠商自定義區(qū)域;TPDO通訊參數(shù)1800h to 19FFh，映射參數(shù)1A00h to 1BFFh，數(shù)據(jù)存放為2000h 之后廠商自定義區(qū)域。

為了更加直觀地表現(xiàn)映射，表 3模擬TPDO1，將參數(shù)、應用數(shù)據(jù)、CAN報文數(shù)據(jù)聯(lián)合起來展示，不同的映射采用不同的顏色。

表 3 PDO在對象字典中的映射關系

CAN transmission( CAN發(fā)送報文)

TPDO1(CAN-ID = 181h) Data field：數(shù)據(jù)域4個字節(jié)

表 4 TPDO的數(shù)據(jù)域

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