標題: DeviceNet，大家一起來學習和討論！ [打印本頁] 作者: 左旋貝殼 時間: 2009-3-10 14:27 標題: DeviceNet，大家一起來學習和討論！ 準備花20天時間，粗略看一本書，目的是初步了解一下這個通訊協議，有興趣的一起來讀讀。, u1 X7 e: d" @+ h" Q- z( |# U
大家把讀書的疑問都發到一起來，然后一起來找答案。我會持續更新這個帖子，直到月底。 / q W3 C. e& z6 J7 ~ % ^! u1 x% V9 }& b$ u學習材料見附件。 ' n- t1 G" w7 R. e4 V/ r大概是一份DeviceNet協議規范（2.0版本，第I卷），缺第3章“DeviceNet 的鏈接”，哪位英雄有的幫忙傳一下。謝謝。 , t1 K: v a; x7 I2 j. O 0 p4 ^- |$ i2 b/ S; b2 M8 I& d' u, X1.拓撲和邏輯結構的區別（1-16） 9 `3 x7 _3 f9 o& x% @物理拓撲結構是用物理線路建立起來的，比如說這5臺設備就在一個段內，在一根線上。 # N& H( \# ~9 ?- F邏輯拓撲結構是虛擬技術實現的.，比如說5臺設備在不同的段內，但是由一個主站控制，組成“簇” 6 v L7 r1 B1 o0 m# E) }( @# _2 V v$ g J: m
2.事務處理ID是什么？（4-2）作者: 左旋貝殼 時間: 2009-3-10 14:35 標題: 先貼一篇簡介——《DeviceNet總線技術綜述》 一種基于CAN總線技術的符合全球工業標準的開放型通信網絡。它最早由Allen-Bradley公司支持Devicent公司設計，并已于2000年6月15日正式成為IEC62026國際標準(有關低壓開關設備與控制設備、控制器與電氣設備接口)之一。在2002年12月1日發行的國家標準化管理委員會通報中，公布了DeviceNet現場總線已于2002年10月8日被批準為國家標準，并于2003年4月1日正式開始實施。DeviceNet成為國家標準，為國內開發、生產、銷售、應用DeviceNet現場總線技術的研制單位、生產企業、貿易和用戶提供了技術橋梁。 8 d& T3 ]% N9 M, r7 |* b Devicenet現場總線由于產生和發展的時間較晚，因此它采用了更為先進的通信概念和技術，相對于其他現場總線，具有較大的領先性，突出的高可靠性、實時性和靈活性。DeviceNet是一個開放式的協議，目前有包括Rockwell等300多家自動化設備廠商的產品支持這種協議，DeviceNet在歐美和日本的現場總線市場占有很大的份額，在控制領域得到了廣泛的應用。DeviceNet進入中國時間不長，但是在中國已有許多應用。據RockwellAutomation市場部提供的數據，上海通用汽車有一條DevicetNet的生產線，另外，生產可口可樂的上海申美飲料公司也部分采用了DeviceNet技術。 ２Devicenet總線的特點7 m# g6 G$ K; u' @4 P; @
DeviceＮet是一種低成本的通信連接。它將工業設備(如:限位開關、光電傳感器、閥組、電動機、起動器、過程傳感器、條形碼讀取器、變頻驅動器、面板顯示器和操作員接口)連接到網絡，從而免去了昂貴的硬接線。ＤeviceＮet是一種簡單的網絡解決方案，在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時，減少了配線和安裝工業自動化設備的成本和時間。DeviceＮet的直接互連性不僅改善了設備間的通信，而且同時提供了相當重要的備級診斷功能，這是通過硬接線Ｉ/Ｏ接口很難實現的。DeviceＮet是一個開放式網絡標準。規范和協議都是開放的，廠商將設備連接到系統時，無需購買硬件、軟件或許可權。- W$ U/ o: b! F3 k( T# k W
簡單地說，DeviceＮet可以歸納出以下一些技術特點: : k' b+ i5 a4 W9 ?( q (1) 最大64個節點; 7 k1 [5 j8 f- P! @1 U |" ~ (2) 125kbps～500kbps通訊速率; , _- `$ z0 l6 c8 @! x: w (3) 點對點，多主或主/從通信; & B( V, e r5 }6 [7 i, Y, \ (4) 可帶電更換網絡節點，在線修改網絡配置; : t3 b. z2 p) _) e6 S (5) 采用ＣＡＮ物理層和數據鏈路層規約，使用ＣＡＮ規約芯片，得到國際上主要芯片制造商的支持; 9 e8 ]. ]+ M. A* k9 r; z Q3 E7 w (6) 支持選通、輪詢、循環、狀態變化和應用觸發的數據傳送; % N9 T& n. k( z0 E (7) 低成本、高可靠性的數據網絡; + `. }) b8 ~2 c& l (8) 既適合于連接底端工業設備，又能連接像變頻器、操作終端這樣的復雜設備; ! o* h: }7 t+ l+ t: Y7 v' I% { (9) 采用無損位仲裁機制實現按優先級發送信息; % M) B. Y: ^* G. g e- h0 D (10) 具有通訊錯誤分級檢測機制、通訊故障的自動判別和恢復功能。# e4 ^$ e& Z: w b , g4 {) B X- ?8 u( ^0 w
3 Devicenet總線技術介紹 1 G* p* @+ ?4 }( E6 \% F9 L) _! I3.1 Devicenet的物理層和物理媒體0 ^% _6 k! r* n; s1 p0 J
Devicenet物理層協議規范定義了DeviceNet的總線拓撲結構及網絡元件，具體包括系統接地、粗纜和細纜混合結構、網絡端接地和電源分配。DeviceNet所采用的典型拓撲結構是干線－分支方式，如圖1所示。 ]( f2 F4 s4 G$ [9 K
圖1 Devicenet現場總線拓撲結構
, J0 V5 c0 b4 c e& B" x 線纜包括:粗纜(多用作干線)和細纜(多用于分支線)。總線的線纜包括24V直流電源線和信號線兩組雙絞線以及信號屏蔽線。在設備連接方式上，可靈活選用開放式和密封式的連接器。網絡采取分布式供電方式，支持冗余結構。總線支持有源和無源設備，對于有源設備提供專門設計的帶有光隔離的收發器。 " J. L7 w/ V' _4 y7 Y & ?" |, ]% M* V. }! r Z3.2 Devicenet與CAN/ K% N* `6 P' W6 R
Devicenet總線協議是在CAN總線的基礎上建立起來的。DeviceNet的數據鏈路層完全遵循CAN規范的定義，并通過CAN控制器芯片實現。CAN定義了四種幀格式，分別為數據幀、遠程幀、出錯幀和超載幀，在DeviceNet上傳輸數據采用的是數據幀格式，遠程幀格式在DeviceNet中沒有被使用，超載幀和出錯幀則被用于意外情況的處理。數據幀格式如圖2所示: + x% ]8 a: D6 Y
圖2 Devicenet的數據幀格式
! u* L0 u5 d: R CAN規范定義總線數值為兩個互補邏輯數值之一:“顯性”(邏輯0)和“隱性”(邏輯l)。任何發送設備都可以驅動總線為“顯性’:當“顯性”和“隱性”位同時發送時，最后總線數值將為“顯性”。僅當總線空閑或“隱性”位期間，發送“隱性”狀態。 - l3 V N4 J* u 在總線空閑時每個節點都可嘗試發送，但如果多于兩個的節點同時開始發送，發送權的競爭需要通過11位標識符的逐位仲裁來解決。Devicenet采用載波偵聽非破壞性逐位仲裁機制(CSMA/NBA)的方法解決總線訪問沖突問題。網絡上每個節點擁有一個唯一的11位標識符，這個標識符的值決定了總線沖突仲裁時節點優先級的高低。11位標識符數值最小的節點擁有最高的優先級，作為獲勝的一方，可不受影響地繼續傳輸數據，所以這種碰撞和仲裁并未造成數據幀的損壞，即不會浪費通信資源。同時可以看到，由于標識符數值低的節點具有較高的優先權，所以通過標識符的分配可以使重要的數據得到優先發送。 ( K) @5 X- L' R3 _2 j Devicenet在CAN總線的基礎上又增加了面向對象、基于連接的現代通信技術理念，并開發了應用層。其應用層規定了CAN數據幀的使用方式、節點重復地址檢測機制、對象模型及設備的標準化。3 I4 ?; s* {( a
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3.3 Devicenet網絡通信模型 8 d2 k' ^4 q* ]7 Z4 g* {' K% b 在現場總線中有兩種常用的通信模式，一種是傳統的源/目標(Source/Destination)即點對點模式，另外一種是新型的生產/消費者(Producer/Customer)模式。 1 H; h$ Z* b Y, P& \2 O 以前的通信模式使用點對點的方式進行通信，在報文中含有特定的源/目標地址信息，如圖3(a)所示。對于每個節點來說，數據在不同時刻到達，實現不同節點之間的同步是非常困難的，當信息目的地不同時，源節點必須多次發送數據給不同的目標節點，從而造成了帶寬的損失。 + g% ^1 U5 V1 n6 M( O; r+ n7 d而Devicenet中采用了全新的生產者/消費者網絡模型，其典型的報文結構如圖3(b)所示。! \$ C8 C$ E6 _) n$ s$ R9 Y
圖3 現場總線通信模式
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在生產者/消費者模型中，報文按其內容來標識，如果某個節點要接收一個報文，僅僅需識別與此報文相關的特定的標識符(即11位標識符，連接ID)，每個報文不再需要源地址和目的地址。因為報文是按內容進行標識的，數據源只需將報文發送一次，許多需用此報文的節點通過在網上同時識別這個標識符，可同時從同一生產者取用(消費)此報文，有效地提高了網絡帶寬的利用率，并且消費者節點之間可實現精確的同步，適合于實時交換數據。其它的設備加入網絡后并不增加網絡負載，因為它們同樣可以消費這些相同的報文。當節點發送多個報文時，對每個報文使用不同的標識符。 9 N% L1 q* @ b" ^% k# ]2 I & Q, X0 T$ l1 ^( _2 r" f `% f4 C, i3.4 Devicenet的報文 * S3 g2 |0 l, Q Devicenet中定義了兩類不同的報文:顯式報文和I/O報文。 8 S8 Y6 W, W& B$ T9 D( c (1) 顯式報文(Explicit Message) 4 H! B0 R9 i6 V9 f 顯式報文用于兩個設備之間多用途的信息交換，是典型的請求-響應通信方式，一般用于節點的配置、故障情況報告和故障診斷。Devicenet中定義了一組公共服務顯式報文，如讀取屬性、設置屬性、打開連接、關閉連接、出錯響應、起動、停止、復位等。這類信息因為是多用途的，所以在報文中要標明報文的類型，對應不同類型，報文格式也不同。它是根據報文和預先規定的格式說明其含義的。顯式報文通常使用優先級低的連接標識符，并且該報文的相關信息直接包含在報文數據幀的數據場中，包括要執行的服務和相關對象的屬性及地址。 $ j( s; J; q/ F0 l" A0 Z (2) I/O報文(I/O Message) * g$ D- R' k4 K7 p; ~4 d) o# p I/O報文適用于實時性要求較高和面向控制的數據，I/O報文對傳送的可靠性，送達時間的確定性及可重復性有很高的要求。I/O報文通常使用優先級高的連接標識符，通過點或多點連接進行信息交換。I/O報文數據幀中的數據場不包含任何與協議相關的位，僅僅是實時的I/O數據。只有當I/O報文過長，需要分段形成I/O報文片段時，數據場中才有1個字節供報文段協議使用。! n" M. H) q8 C- Z; p+ z! x, W4 l
3.5 Devicenet中連接的概念0 Q2 E5 o) d7 q' a4 ^
Devicenet網絡中，連接是一個重要概念。節點設備之間欲進行通信，必須先建立連接。DeviceNet網絡中的任何一個設備欲和其它設備通信時，亦須先建立連接。當設備不想和已建立連接的某個設備通信時，它可通過發送釋放連接或刪除連接服務來斷開連接。如果在某個特定的連接上長時間沒有進行通信，這個通信將自動斷開以釋放資源。' K, s4 ?7 W3 ]3 ?" ^/ w- A
在Devicenet網絡中，每個連接用連接標識符來標識，它使用CAN規范中的11位仲裁區來定義。連接標識符包括設備媒體訪問控制標識符 (MAC ID)和信息標識符(Message ID)。其中，MAC ID可通過硬件設定，也可通過軟件來配置。標識符分為四組，如附表所示。5 R, p0 a6 N4 E; O. k
附表 Devicenet 連接標識符 # ]3 b7 s. z, m# q
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6 d. {! I8 @- P8 I9 U% V 這四種信息組優先級不同，其中信息組1優先級最高，通常用于發送設備的I/O報文，信息組4優先級最低，用于設備離線時的通信。傳送信息時可據此選擇相應的信息組。 6 ?' J0 N H& n* S h1 f. |5 U 8 l5 f( o5 Y% ~) I( I' U3.6 Devicenet數據通信方式+ @. e9 ]) W* W+ T. e2 e% a
Devicenet支持多種數據通信方式，如位選通(Bit-Strobe)、輪詢(Poll)、狀態改變COS (Change of State)和循環(Cyclic)等。 ! k- K3 s8 O: U( |7 }$ F$ Z 位選通方式下，利用8字節的廣播報文，64個二進制位的值對應著網絡上64個可能的節點，通過位的標識，指定要求響應的從設備。輪詢方式下，I/O報文直接依次發送到各個從設備(點對點)。循環方式適用于一些模擬設備，可以根據設備信號發生的快慢，靈活設定循環進行通信的時間間隔，這樣就可以大大降低對網絡帶寬的要求。狀態改變方式用于離散的設備，使用事件觸發方式，當設備狀態發生改變時才發生通信，而不是由主設備不斷的查詢來完成。 4 f) f% b) ^9 T2 l" c 多種可選的數據交換形式，均可由用戶自由地指定。通過選擇合理的數據通信方式，可以明顯地提高網絡利用率。6 b6 t4 l0 E5 d7 I' n# B" n: l
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3.7 預定義的主/從連接組9 i9 ^. N4 v# G( L1 W; v
Devicenet提供了一個功能很強的應用層協議，允許動態配置設備間的連接。而在實際使用中，許多對象的應用情況往往很簡單，常用的主/從連接方式足以滿足要求。為此DeviceNet定義了一個預定義主/從連接組和僅限組2的從站，以降低從站的成本和簡化設備的配置。 ' Q% C3 I( n& R9 J1 D 預定義主/從連接組用于主/從連接式通信，并預先定義好各報文組內一些通信道的功能。在使用前，主站需要通過主/從連接組分配請求服務和從站的應答來明確主從關系，并通過分配選擇的設置明確所采用的報文傳送機制(位選通、輪詢、狀態改變、循環、顯式)。而對于不具有未連接信息管理(UCMM)能力的從站，稱為僅限組2從站，它沒有能力接收通常的未連接顯式報文，只能通過預定義主/從連接組內預留的未連接顯式請求報文(組2，報文ID=6)和從站的顯式/未連接響應報文(組2，報文ID=3)來實現預定義主/從連接的分配或刪除。 7 C3 n% X# I! M: L$ g& N6 l; n& a# F9 H7 z/ x+ S% r6 c( m9 D- ]
3.8 Devicenet的對象模型 2 Y6 _* [6 ?# T: Q5 C9 U* }! o Devicenet對象模型如圖4所示，它提供了組織和實現DeviceNet產品的組件屬性、服務和行為的簡便模板，它為每個屬性提供了由4個數字組成的尋址方案，它們分別是MAC ID、對象類標識符、實例編號和屬性編號。這四級地址與顯式報文連接相結合，將數據從DeviceNet網絡上的一點傳送到另一點。 ( _* D! T- ^! ^0 K
圖4 Devicenet對象模型
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Devicenet為了對各個對象及其中的類、實例、屬性等進行尋址，提供了以下幾種尋址標識符:% X {. v( d! }0 d
(1) 質訪問控制標識符(MAC ID):對Devicenet網段上的各個節點進行標識。 1 \' J- t* d' U6 K* } (2) 類標識符(Class ID):對Devicenet網段上的各個類進行標識。( Y4 Z0 l4 b5 u9 w$ |7 T
(3) 實例標識符(Instance ID):對同一個類中的各個實例進行標識。( V4 m0 S# v$ Y: D/ N! ^
(4) 屬性標識符(Attribute):對同一對象中的各個屬性進行標識。% T4 y3 z" w" c: p
