can总线协议控制器的分析与设计

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1、武汉科技大学硕士学位论文第3页这里我们可以看到两种趋势，第一是现场有越来越多的信息需要往上送，第二是计算机通信技术越来越向下延伸。现场总线在功能、要求和结构上有着这样的发展趋势1、功能现场总线的功能是：①经济、安全、可靠地传递信息；②正确使用所传信息；③及时处理所传信息。经济性要求现场总线在传递信息的同时，解决现场装置的供电问题，并要求传输介质较廉价。安全性要求现场总线解决防爆问题。可靠性要求现场总线解决环境适应性问题，包括电磁环境适应性(传输时不要干扰别人，也不要被别人干扰)、气候环境适应性(要耐温、防水、防尘)、机械

2、环境适应性(要耐冲击、耐振动)。正确使用信息要求不同制造商生产的装置能相互理解所传信息，这就是现场总线的可互操作性要求。及时处理信息要求现场装置不要将信息过多地在网络上往返传递，要尽可能地就地处理信息。及时处理信息的要求主要是针对高层次现场总线和智能仪表的，但是这条要求最集中地体现了现场总线技术发展趋势一信息处理现场化。2、要求现场总线不仅要求传输速度快，在过程控制领域还要求响应快，即实时性要求。这样“快”就有三种含义。(1)传输速度快：指单位时间内传输的信息要多，通常用波特率来衡量。这条要求与普通计算机通信是一致的。(

3、2)响应时间短：指突然发生意外事件时，仪表将该事件传输到网络上或执行器接收到该信息马上执行所需的时间。这个时间是由4个方面决定的：①仪表或执行器控制中断的能力；②信息在通信协议的应用层与物理层之间的传输时间；③等待网络空闲的时间；避免信息在网络上碰撞的时间。由于这个时间对大多数通信协议是一个随机数，因此大部分通信协议不给这个参数。过程控制系统通常并不要求这个时间达到最短，但它要求最大值是预先可知的，并小于一定值。(3)巡回时间短指系统与所有通信对象都至少完成一次通信所需的时间。这个时间一般可由系统组态来调整。对那些单纯靠

4、优先级解决实时性的抢先式通信系统，当高优先级事件发生比较频繁时，低优先级事件会长时间得不到响应；对这类通信协议，巡回时间是随机量，预先不可知。过程控制系统希望最长巡回时间是预先可知的，并小于一定值。响应时间和巡回时间反映了实时性，而实时性与通信协议有很密切的关系。现场总线采用两种技术来实现实时性。一种是简化技术。将网络形式简化成线形(实际上已经不成其为“网”了)，将通信模型简化为只有一、二层；将节点的信息简化到只有几比特。经过以上简化，节点的访问就非常快了。这也可以通过极大地提高通信传递速度来缩短节点访问时间，这时虽然理

5、论上某些现场总线的节点访问时问还有某种不确定性，但是反复发生不确定事件的概率很低，可以在一些非关键部位使用这种现场总线。节点访问快了，就可以简化系统的管理，这时采用主一从方式轮询访问，只要限制网络轮询的规模，就可以将响应控制在指定的时问内。采用这种技术可大大降低总线的成本，大多数位式丌关量现场总线采用这种技术。第4页武汉科技大学硕士学位论文另一种是采用网络管理和数据链路调度技术来实现实时性，这是一种很复杂的技术。一般认为，分时式实时系统的响应具有可预知性，但资源利用率低；抢先式实时系统资源利用率高，但往往响应具有不可预知

6、性。现在的现场总线往往采用两者结合的方式进行管理和调度，以达到某种平衡。改善现场总线的实时性，减少响应时间的不确定性是现场总线的重要发展趋势。3、结构大部分现场总线的结构是线状的，虽然现场总线的拓扑结构可以是总线型、星型、环行、回路型等：但在大多数现场总线中，从一点到另外一点的通信路径是比较固定的。线状结构的优点是：①解决网络供电比较容易；②解决安防比较容易；③使通信协议中可以舍去与路径有关的几层，有利于改善实时性。很显然，在线状结构时一条现场总线支路的电源负载是确定的，沿总线电源电压的变化也是可以预料的。在网状结构中一

7、定会出现多电源供电情况，各电源的负载平衡，以及网络中各节点处的电压下降，都比较难以预料。上述情况说明现场总线并不只是一项通信技术，它是通信技术、仪表智能化技术及自动控制技术的结合产物。虽然并不是所有的现场总线都满足了上述要求，但这些要求是用于过程控制的现场总线所追求的目标。1．2CAN总线控制器局域网CAN是由ISO定义的串行通讯总线。它最初出现在80年代末的汽车工业里，它的基本设计规范要求有高的位速率、高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。基于以上特性，CAN串行通讯总线很自然地在汽车制造业以及航空工业中受到广

8、泛应用，并且逐步进入到工业控制领域。1．2．1CAN总线简介CAN全称为ControllerAreaNetwork，即控制器局域网。它是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息形成汽车电子控制网络。比如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备