Profibus和CAN現(xiàn)場總線的幀轉(zhuǎn)換
(2)幀格式舉例
Profibus的幀有4種
1)無數(shù)據(jù)字段的固定長度的幀
2)有數(shù)據(jù)字段的固定長度的幀
3)有可變數(shù)據(jù)字段長度的幀
4)令牌幀
其中:
SYN同步時間,所有的主動幀前都必須有。
SD1開始定界符,值l0H
SD2開始定界符,值68H
SD1開始定界符,值A(chǔ)2H
SD1開始定界符,值DCH LE信息字節(jié)長度。該長度包括DA, SA,FC和DATA_UNIT。
LEr重復信息字節(jié)長度。 DA目的地址
SA源地址 FC幀控制 DATA UNIT數(shù)據(jù)字段。在固定長度的幀中為8個字符,在可變數(shù)據(jù)字段長度的幀中由LE決定,最大246個字符。
FCS幀檢查順序 ED結(jié)束定界符,值16H。 SC短應答幀的單一字符,值E5H。
(3)地址
在幀首部的地址字符結(jié)構(gòu)是這樣的:
地址位組的低7位為其所指示的站地址。這樣在不擴展的情況下就有127個站地址(0~126)可以提供給主站和從站(其中127是作為全局地址來用的)。
EXT位用來指示在DATA UNIT中有無地址擴展。為了效率的緣故,Profibus-DP的數(shù)據(jù)交換功能禁止了地址擴展。
(4)服務(wù)存取點SAP
ProfibuS-DP協(xié)議使用FDL的服務(wù)存取點SAP作為基本功能代碼。這個SAP有點類似于我們熟悉的TCP/IP協(xié)議中的端口:
在Profibus-DP協(xié)議中通常使用的幀格式如下,其中地址欄的最高位是1。
4、幀的內(nèi)容的轉(zhuǎn)化
一般說來,Profibus現(xiàn)場總線是主從結(jié)構(gòu)的,Master和Slave之間是通過輪詢來通訊的。CAN也有主從結(jié)構(gòu)的,但它的通訊方式是優(yōu)先級逐位仲裁的競爭式通訊(CSMA/MBA)。
如果把這兩種現(xiàn)場總線連在一起的話,大多數(shù)情況下應該是把CAN段作為Profibus的Slave。
CAN的幀比較短,每個幀都有嚴格的差錯控制,在每個CAN的幀中,數(shù)據(jù)域最長是8個字節(jié);而Profibus常用的有可變數(shù)據(jù)字段的單幀數(shù)據(jù)容量可達246字節(jié),但它的每個字節(jié)(UART字符)都有比較好的差錯控制。在這種轉(zhuǎn)化中我們需要集中考慮地址轉(zhuǎn)化和幀的拆分問題。
4.1 地址轉(zhuǎn)化
如前所述,Profibus-DP的站地址(DA/SA)在幀中用1個字節(jié)的低7位來表示;但是CAN協(xié)議的幀中卻沒有明顯的地址位,它是利用仲裁域中的11位(CAN2. OA)或29位(CAN2.OB)表示符ID來表示幀的有關(guān)接收信息,讓接受節(jié)點自己來確定是否接收。這樣,實際上的地址信息就應當包含在ID中了。CAN協(xié)議沒有規(guī)定信息標識符(ID)的分配,可以根據(jù)不同的應用使用不同的方法。確定標識符的分配非常重要,是高層協(xié)議、應用層協(xié)議的一個主要研究項目。
在本文中,為簡單起見,我們只采用CAN2. OA格式的幀。首先我們來研究其標識符的分配方法。世界上已經(jīng)有很多現(xiàn)場總線的高層協(xié)議是基于CAN協(xié)議的,如CANopen, Modbus,DeviceNET等。出于研究方便,現(xiàn)在我們就采用“HiLon協(xié)議B”,協(xié)議。
下面對“HiLon協(xié)議B”作簡單介紹。
HiLon協(xié)議B是一個通用協(xié)議。該協(xié)議基于對稱型多主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),支持廣播和點對點傳送命令數(shù)據(jù)。命令數(shù)據(jù)包可長達256字節(jié)。
協(xié)議以CAN2. OA幀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。下圖是幀報文格式,一個CAN2. OA標準幀由11位ID、1位RTR、4位DLC、數(shù)據(jù)區(qū)(最多8個字節(jié))組成。
PRI:保留位(可作優(yōu)先級位)。通常,保留位設(shè)置為1。保留位亦可作為優(yōu)先級位,這時1為低優(yōu)先級0為高優(yōu)先級而剩余的優(yōu)先級由源地址決定,低地址優(yōu)先級高。該保留功能可有效支持緊急信息傳送,如報警等。
source address:源地址,表示發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點地址,范圍只能設(shè)定為0~125。
TYPE:幀類型。見下表中的幀類型說明。
DLC:每幀字節(jié)數(shù)(1~8)
destination address:目標地址,表示接收數(shù)據(jù)的節(jié)點地址,范圍只能設(shè)定為0~125。
index:索引字節(jié)。對于單幀數(shù)據(jù),該字節(jié)表示傳輸數(shù)據(jù)的第一個字節(jié);對于多幀數(shù)據(jù),此字節(jié)表示索引字節(jié),即此幀數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)包中的位置。
data:數(shù)據(jù)。
Profibus有127個站地址,地址范圍是0~126,127是全局地址。
兩者的差距并不大。因為只是研究用,我們不妨把HilonB協(xié)議稍許修改,地址范圍擴充到0~126,這樣做,對整個CAN幀的長度和結(jié)構(gòu)并無任何影響。
于是,我們就可以對所有的Profibus設(shè)備和CAN設(shè)備統(tǒng)一編址。整個系統(tǒng)里的站地址是唯一的,在幀轉(zhuǎn)化時我們只要把相應位的地址信息直接拷貝進去就是了。
4.2 幀的拆分和合并
要把profibus的長幀裝到CAN的短幀里去,就只能把Profibus的幀里的數(shù)據(jù)拆分成適合CAN的幀傳輸?shù)拈L度。
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