devicenet体系结构与应用

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1、DeviceNet体系结构与应用孙军凯贾青(上海交通大学自孟办叱系)摘要设备网(DeviceNet)是应用日益广泛的一种底层设备联网挂术，本文着重以A-8公司DeviceNet产品为例，分析葵于CAN总线的设各网协议规范以及其软硬件实现.并结合一个应用实例，说明设备网的结牲和应用特点关组询CAN.设备网DeviceNet‘生T者洲消费者模型仍oducer/Consui"rModel)1引言作为一种串行通讯技术，CAN(ControllerAreaNetwork)是8o年代中后期适应汽车控制网络化要求而产生并a速发展起来的。并已成为开放的国际标准通讯协议〔

2、ISO11898).在包括工业自动化在内的众多领域得到了广泛的应用。事实上，CAN本身并非是一个完整的协议，它并未指定流量控制、数据分割成帧，、节点地址分配、通讯的建立等具体内容，这些内容被包括在更高层协议HLP(HigherLayerProtocol)中，允许各厂商自行开发。CAN突出的经济性和技术特点，极大地促进了基于CAN的控制网络产品的开发与推广.应用，许多厂商都推出了基于CM的产品，如SDS(Honeywell),DeviceNet(Allen-Bradley),CANKingdomMASER)等。其中的DeviceNet在1994年问世，19

3、95年成为开放协议，并由“开放设备网厂商协会’，ODVA(OpenDeviceNetVendorAssociaiton)负责推广，在北美及亚太地区都有日益广泛的应用。本文将结合A-B公司的产品，着重介绍设备网的协议和软硬侣刊本系，并给出一个应用实例。2DeviceNet协议分层结构DeviceNet沿用了CAN协议标准所规定的总线网络的物理层和数据链路层，定义了不同的报文格式、总线访问仲裁规则及故障检测和故障隔离的方法。而应用层规范则是由厂商自主开发，对应于ISO网络肋议七层模型的第一、二、七层。其关系如图1所示。2.1物理层与传输介质ISO第七层设备网

4、应设备网物理层规范定义了设备网应用层应用层用层规范拓扑结构以及网络元件。具体包括系统接地、粗缆和细缆混合结构、网络端接巧0第二鹰C人N和电源分配。设备网所采用的典型的拓数据铁路层It;协议扑结构是干线、分支方式。线缆包括粗_瘫撼曝;缆(多用作干线)和细缆(多用于分支ISO第一层收发器线)，总线线缆中包括24V直流电源和设各网物物理层信号线两个双绞线线对以及信号屏蔽传轴介质理层规范线。在设备连接方式上，可以灵活选用图I签于C林的De,让e入et协议分层结构开放尸封装端头两种形式。网络供电采取分布式方式，支持冗余结构。总线支持有源和无源设备。对于有v'设备，

5、提供专门设计的带有光隔离的收发器。设备网提供125nsoi500xbps三种可选的通讯波特率，最大拓扑距离为500米，每个网·174·Aga络段最大可达64个节点。波特率、线缆类型、拓扑距离冬间存在一定的对应关系。2.2数据链路层设备网数据链路层遵循CAN协议规范，并由CAN控制器芯片实现.CAN提供数据帧、出错帧、远程帧和过载帧等多种帧格式，最重要的是数据帧，其格式如图2所示。图2CAN协议致据帧格式在总线空闲时每个节点都可以尝试发送，但如果多于两个的节点开始发送，发送权的竟争需要通过标识符位仲裁来解决。设备网采用非破坏性逐位仲裁(Non-destru

6、ctiveBitwi:vArbitration)的方法解决共享介质总线访问冲突问题。网络上每个节点拥有一个唯一的标识符，这个标识符的值决定了仲裁中优先级的大小，优先级值小的节点在竞争仲裁中为R饮的一方。不同于以太网，总线上不会发生冲突，竞争中获胜的节点可以继续发送，直至完成为止。这种机制保证了总线上的信息不会丢失，网络带宽也得到最大限度的利用。标识符还可用作连接标识。设备网是基于连接的网络，网络上的任意两个节点在开41pim讯之前，必须事先建立连接。2.3应用层DeviceNet应用层规范，详细定义了有关连接、报文传送和数据分割等方面的内容2.3.1生产

7、者/消费者模型(Producer/ConsumerModel)与报文传送传统的方法是在分组中指定源和目的，存在明显的不足。由于每个目的地都需要单独的指定信息，协同的动作就显得不太方便。而重复传送相同的信息，浪费了带宽;设备网利用了CAN的技术，采用了生产榭消费者模型。我们借用客户服务器的概念来比较说明这一模型。设备网设备既可能是客户，也可能是服务器，或者兼备两个角色。而每一个客户服务器又都可能是生产者、消费者，或者两者皆是。典型地，服务器“消费”请求，同时“产出”响应;相应地，客户“消费”响应，同时“产出”请求。也存在一些独立的连接，它们不属于客户或服务

8、器，而只是单纯生产或消费数据，这分别对应了周期性或状态改变类数据传送方式的瀚目的