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1、第28卷第6期水电能源科学Vol.28No.62010年6月WaterResourcesandPowerJun.2010文章编号:1000-7709(2010)06-0112-03多节点CAN网络及通信协议设计1,21,2田帅帅王红亮(1.中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;2.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原030051)摘要:采用集成CAN控制器的C8051F060单片机为节点的主控单元对网络主节点进行了冗余设计,并在组建CAN网络的基础上制定了适用于本网络的通信协议。系统测试结果表明,
2、该协议简洁实用、可靠性强、通用性强,能实现系统上电自检功能,可供借鉴。关键词:冗余节点;CAN总线;通信协议;设计中图分类号:TP336文献标志码:A控制器局域网(CAN)总线技术凭借其多主内核、独立于CIP-51内核的消息RAM、消息处理方式工作、短帧结构传送数据、循环冗余检验部分及控制寄存器等。(CRC)和强大的错误检测等功能,已成为工业控(1)C8051F060的片内CAN控制器。C8051F060制领域最为重要的总线之一,但CAN自身并无内部的CAN控制器有32个消息单元,可用于存一个完整的协议,仅定义了物理层和数据链路层,
3、放发送或接收数据。接收数据、发送数据和ID号而未规定应用层标准。目前,有多种CAN总线均保存于消息RAM中。一般CAN的内核不能应用层协议,如欧洲的CANopen、CANKingdom直接访问RAM,必须由两个接口寄存器IF1或[1]及美国的DeviceNet、SAEJ1939等,对系统可IF2间接访问。全部功能(滤波、数据发送接收靠性与实时性要求较高、节点数亦不多且大多由等)由CAN控制器完成,仅需使用较少的CPU用户自行设计测量系统,采用复杂的协议将导致资源即可实现CAN通信。在CAN控制器通过资源浪费,且使用不便,反而限制了C
4、AN的灵活使用CIP-51中的特殊功能寄存器及CAN0ADR、性。鉴此,本文针对某测量系统的实际要求进行CAN0DATH、CAN0DATL寄存器以地址访问。了CAN网络组建及通信协议设计。其中,CAN0ADR可访问寄存器的地址号;CAN0DATH、CAN0DATL可访问16位寄存器1CAN总线网络结构设计的高、低字节的寄存器,对所指向寄存器单元进行[2]读写。CAN总线网络测量系统由主节点、备份主节(2)硬件电路设计。CAN总线节点由集成CAN点、四个数据采集节点及两个其他功能节点构成,控制器的C8051060单片机、高速光耦TLP
5、113、隔离如图1所示。电源B0505S-1W及CAN总线收发器PCA82C250构成,如图2所示。其中,TLP113为高速通讯光耦,提高电路的抗干扰能力;B0505S-1W为隔离图1CAN总线系统结构框图光耦两端的电压;PCA82C250为CAN总线收发[3]Fig.1CAN-bussystemstructurechart器,用于实现CAN总线物理信号的转换。2CAN总线网络节点设计3CAN总线协议设计CAN网络节点采用CAN控制器选用集成CAN总线网络协议负责在上述CAN总线CAN控制器的C8051F060单片机,由一个CAN的
6、硬件结构上实现系统的所有预定功能,包括对收稿日期:2010-03-20,修回日期:2010-05-01基金项目:国家自然科学基金资助项目(60575027)作者简介:田帅帅(1985-),男,硕士研究生,研究方向为测试计量技术,E-mail:tianshuai_1985@163.com第28卷第6期田帅帅等:多节点CAN网络及通信协议设计#113#图2CAN总线节点原理图Fig.2CAN-busnodeprinciplechart系统内所有节点进行编址,在正常状态下系统通送此广播帧,广播各节点的状态信息,这样每次上信方法及故障状态下
7、系统的通信方法等。因此,电时均可进行全系统自检,并能广播通知所有节协议详细规定了报文帧结构格式、正常通信模式点网络中故障节点信息。及备份通信模式等内容。本网络中,主节点周期性地与网络中其余节3.1帧结构定义点进行数据交换。根据任务要求,网络的数据交根据系统实际需求,数据帧结构采用标准帧换周期定为25ms(可根据需要修改)。主节点在格式,包含了11位报文标识符。通过设置报文标发送完广播帧后,以25ms为周期循环向备份主识符的内容确定该数据帧的优先级。设计的信息节点发送同步帧与状态请求帧,备份主节点收到优先级由高到低依次为:¹数据类型标
8、识。设在后立即回应状态信息帧;主节点以25ms为周期ID的最高几位,通过5位的数据类型代码可区分循环向所有数据采集节点发送同步帧与数据请求所有节点间通信的11种基本功能(包括帧同步、帧,所有数据采集节点收到数据请求帧后立即向总线自检、
