如何構(gòu)建專(zhuān)屬自己的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議

 隨著CAN-bus相關(guān)芯片價(jià)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(wèn)題無(wú)法使用的領(lǐng)域，成為極具生命力的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，今天我們就來(lái)探討如何構(gòu)建專(zhuān)屬自己的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議。

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

這個(gè)規(guī)則，定義了CAN報(bào)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(diǎn)地址等。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，國(guó)際上出現(xiàn)了多種CAN應(yīng)用層協(xié)議，常見(jiàn)的CAN-bus應(yīng)用層協(xié)議如下：

圖1

接下來(lái)，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(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有：

l總線(xiàn)傳輸信息的速度、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)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(shí)延時(shí)大小的確定;

l網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)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(wèn)題，需要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所采用的總線(xiàn)類(lèi)型，因?yàn)橐陨蠁?wèn)題和總線(xiàn)的性能特點(diǎn)是密切相關(guān)的，那么我們就看一下CAN-bus總線(xiàn)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(wú)損仲裁，通過(guò)報(bào)文標(biāo)識(shí)符指示報(bào)文優(yōu)先級(jí);

lCAN-bus采用差分信號(hào)傳輸，并采用可靠的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制;

lCAN-bus采用幀傳輸，每個(gè)報(bào)文允許傳輸最多8個(gè)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(shí);

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

l可以通過(guò)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(bào)文的分配

包含報(bào)文標(biāo)識(shí)符的分配和報(bào)文數(shù)據(jù)的分配，報(bào)文格式的定義，實(shí)質(zhì)是將CAN報(bào)文的分配規(guī)則進(jìn)行詳細(xì)的描述。

報(bào)文ID的定義：

CAN2.0A幀：11位ID

CAN2.0B幀，29位ID

報(bào)文數(shù)據(jù)的定義：每幀報(bào)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(shí)現(xiàn)

在CAN網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行信息的區(qū)分，因此通過(guò)報(bào)文的各種標(biāo)識(shí)符分配來(lái)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(diǎn)和面向報(bào)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(diǎn)的協(xié)議”和“面向報(bào)文的協(xié)議”兩種類(lèi)型，如下圖：

圖3：面向節(jié)點(diǎn)和面向報(bào)文的數(shù)據(jù)通信

制定一個(gè)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(kāi)發(fā)和使用方法，下面定義一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)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(zhǎng)度變量FunDataLen的功能參數(shù)數(shù)組FunData,該數(shù)組在需要時(shí)可以為某些特定功能函數(shù)提供足夠的控制參數(shù)。

圖4