如何構建專屬自己的CAN-bus應用層協議

2017年05月10日 11:53

　　隨著CAN-bus相關芯片價格的下降，內置CAN控制器MCU的增多，CAN-bus當前已經進入了眾多早期由于成本問題無法使用的領域，成為生命力的現場總線，今天我們就來探討如何構建專屬自己的CAN-bus應用層協議。

　　在CAN-bus網絡上，CAN報文以廣播的形式發送，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，CAN報文的使用由應用者定義，所以CAN網絡中的節點要相互通信就必須制定一個統一的規則。CAN應用層協議就是這樣一個規則。

　　這個規則，定義了CAN報文中幀ID及幀數據的使用方式，如將幀ID定義為需要處理該幀數據的CAN節點地址等。根據應用場合的不同，上出現了多種CAN應用層協議，常見的CAN-bus應用層協議如下：

圖1

　　接下來，我們看一下如何構建CAN-bus應用層協議

　　構建一個現場總線網絡，需要解決的關鍵技術問題有：

　　總線傳輸信息的速度、容量、優先等級、節點容量等；

　　高電磁干擾環境下的可靠數據傳輸；

　　zui大傳輸距離時延時大小的確定；

　　網絡的容錯技術；

　　網絡的監控和故障診斷功能。

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

　　CAN-bus網絡傳輸速度zui高可達1Mbps,并采用無損仲裁，通過報文標識符指示報文優先級；

　　CAN-bus采用差分信號傳輸，并采用可靠的數據校驗和錯誤檢測機制；

　　CAN-bus采用幀傳輸，每個報文允許傳輸zui多8個字節，幀結構有嚴格規定，能夠確定zui大傳輸延時；

　　CAN-bus具有可靠的錯誤機制和檢測機制，發送的信息遭到破壞后可以重新發送；節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動退出總線的功能；

　　可以通過制定嚴禁的CAN-bus應用層協議解決網絡監控和診斷。

　　CAN報文的分配

　　包含報文標識符的分配和報文數據的分配，報文格式的定義，實質是將CAN報文的分配規則進行詳細的描述。

　　報文ID的定義：

　　CAN2.0A幀：11位ID

　　CAN2.0B幀，29位ID

　　報文數據的定義：每幀報文zui多包含8字節數據

　　CAN網絡數據通信的實現

　　在CAN網絡中，通過報文的標識符進行信息的區分，因此通過報文的各種標識符分配來達到建立信息鏈接的目的。

圖2 命令/響應模式通信

　　CAN應用層協議：面向節點和面向報文的協議

　　數據通信協議基本上可以劃分為“面向節點的協議”和“面向報文的協議”兩種類型，如下圖：

圖3：面向節點和面向報文的數據通信

　　制定一個CAN應用層協議

　　為了給讀者演示CAN應用層協議的開發和使用方法，下面定義一個簡單的CAN應用協議棧，該協議棧中只用到CAN標準幀中的數據幀，幀ID中的11個位的分配和使用方法如下表所列，協議中另外還定義了功能參數長度變量FunDataLen的功能參數數組FunData,該數組在需要時可以為某些特定功能函數提供足夠的控制參數。

圖4

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