Profibus和CAN现场总线的帧转换

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1、Profibus和CAN现场总线的帧转换1 概述现场总线是一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的通信总线。在实际的生产建设中，我们将会经常遇到将不同现场总线的设备集成在一起或者在某一现场总线中利用其他现场总线协议的设备的问题。这就涉及到了不同的现场总线协议的协议转化。数据键路层的帧转换是这些协议转化中的一个很关键的问题。在这里，我们以Profibus-DP和CAN这两种当今使用广泛的现场总线来研究现场总线的协议帧转化。2CAN现场总线的传输层协议简介传输层是CAN协议的核心。它把接收到的报文提供

2、给对象层，以及接收来自对象层的报文。传输层负责位定时及同步、报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定、故障界定。报文路由：报文的内容由识别符命名。识别符不指出报文的目的地，但解释数据的含义。因此，网络上所有的节点可以通过报文滤波确定是否应对该数据做出反应。报文传输由以下4个不同的帧类型所表示和控制：·数据帧：数据帧携带数据从发送器至接收器。·远程帧：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一识别符的数据帧。·错误帧：任何单元检测到一总线错误就发出错误帧。·过载帧：过载帧用以在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。数据帧（

3、或远程帧）通过帧间空间与前述的各帧分开。在这里我们以数据帧为例来分析CAN的帧结构。2.1 数据帧数据帧由7个不同的位场组成，如图1所示：（1）帧起始它标志数据帧和远程帧的起始，由一个单独的“显性”位组成。（2）仲裁域仲裁域包括识别符（ID）和远程发送请求位（RTR）。识别符（ID）：识别符的长度为11位。这些位的发送顺序是从ID-10到ID-0。最低位是ID-0。最高的7位（ID-10到ID-4）必须不能全是“隐性”。RTR位：该位在数据帧里必须为“显性”，而在远程帧里必须为“隐性”（3）控制域控制域由6个位组成，包括数据长

4、度代码和两个将来作为扩展用的保留位。所发送的保留位必须为“显性”。数据长度代码指示了数据域中字节数量，长度为4个位。（4）CRC域CRC域包括CRC序列，其后是CRC界定符，它包含一个单独的“隐性”位。（5）应答域应答域长度为2位，包含应答间隙和应答界定符。在应答域里，发送站发送两个“隐性”位。当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙期间发送ACK信号，向发送器发送一“显性”的位以示应答。（6）帧结尾每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定。这个标志序列由7个“隐性”位组成。2.2 传输控制（1）帧间空隙对于不是“错

5、误被动”的站，或者此站已作为前一报文的接收器，其帧间空隙如图4所示：对于已作为前——报文发送器的“错误被动”的站，其帧间空间如图5所示：其中，intermission是强制性的3个隐性位。（2）位流编码帧的部分，诸如帧起始、仲裁域、控制域、数据域以及CRC序列，均通过位填充的方法编码。无论何时，发送器只要检测到位流里有5个连续识别值的位，便自动在位流里插入——补码位。数据帧或远程帧（CRC界定符、应答域和帧末尾）的剩余位域形式相同，不填充。错误帧和过载帧的形式也相同，但并不通过位填充的方法进行编码。其报文里的位流根据“不返回到

6、零”之方法来编码。这就是说，在整个位时间里，位电平要么为“显性”，要么为“隐性”。CAN协议范围只规定了“显性”和“隐性”两种逻辑值，而没有明确规定表示这些逻辑电平的物理状态。根据逻辑关系，我们可以设“显性”逻辑值为逻辑“0”，“隐性”逻辑值为逻辑1。3Profibus数据链路层帧格式及相关的地址规定（1）帧字符（UART字符）帧由帧字符组成每个帧字符由11个位组成：1个开始位（ST）；8个信息位;1个奇偶校验位（P）;1个停止位。（2）帧格式举例Profibus的帧有4种1）无数据字段的固定长度的帧2）有数据字段的固定长度的

7、帧3）有可变数据字段长度的帧4）令牌帧其中：SYN同步时间，所有的主动帧前都必须有。SD1开始定界符，值l0HSD2开始定界符，值68HSD1开始定界符，值A2HSD1开始定界符，值DCH  LE信息字节长度。该长度包括DA,SA,FC和DATA_UNIT。LEr重复信息字节长度。  DA目的地址SA源地址       FC帧控制  DATAUNIT数据字段。在固定长度的帧中为8个字符，在可变数据字段长度的帧中由LE决定，最大246个字符。FCS帧检查顺序  ED结束定界符，值16H。  SC短应答帧的单一字符，值E5H。（3

8、）地址在帧首部的地址字符结构是这样的：地址位组的低7位为其所指示的站地址。这样在不扩展的情况下就有127个站地址（0～126）可以提供给主站和从站（其中127是作为全局地址来用的）。EXT位用来指示在DATAUNIT中有无地址扩展。为了效率的缘故，Profibus-DP的数据