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如何构建专属自己的CAN-bus应用层协议

随着can-bus相关芯片价格的下降,内置can控制器mcu的增多,can-bus当前已经进入了众多早期由于成本问题无法使用的领域,成为生命力的现场总线,今天我们就来探讨如何构建专属自己的can-bus应用层协议。
在can-bus网络上,can报文以广播的形式发送,can报文不包含地址信息,是否处理接收到的can报文由接收点的软件确定。can-bus只提供可靠的报文传输服务,can报文的使用由应用者定义, 所以can网络中的节点要相互通信就必须制定一个统一的规则。can应用层协议就是这样一个规则。
这个规则,定义了can报文中帧id及帧数据的使用方式,如将帧id定义为需要处理该帧数据的can节点地址等。根据应用场合的不同,上出现了多种can应用层协议,常见的can-bus应用层协议如下:
图1
接下来,我们看一下如何构建can-bus应用层协议
构建一个现场总线网络,需要解决的关键技术问题有:
总线传输信息的速度、容量、优先等级、节点容量等;
高电磁干扰环境下的可靠数据传输;
zui大传输距离时延时大小的确定;
网络的容错技术;
网络的监控和故障诊断功能。
要解决以上问题,需要充分考虑现场总线网络所采用的总线类型,因为以上问题和总线的性能特点是密切相关的,那么我们就看一下can-bus总线的上述特性:
can-bus网络传输速度zui高可达1mbps,并采用无损仲裁,通过报文标识符指示报文优先级;
can-bus采用差分信号传输,并采用可靠的数据校验和错误检测机制;
can-bus采用帧传输,每个报文允许传输zui多8个字节,帧结构有严格规定,能够确定zui大传输延时;
can-bus具有可靠的错误机制和检测机制,发送的信息遭到破坏后可以重新发送;节点在错误严重的情况下,具有自动退出总线的功能;
可以通过制定严禁的can-bus应用层协议解决网络监控和诊断。
can报文的分配
包含报文标识符的分配和报文数据的分配,报文格式的定义,实质是将can报文的分配规则进行详细的描述。
报文id的定义:
can2.0a帧:11位id
can2.0b帧,29位id
报文数据的定义:每帧报文zui多包含8字节数据
can网络数据通信的实现
在can网络中,通过报文的标识符进行信息的区分,因此通过报文的各种标识符分配来达到建立信息链接的目的。
图2 命令/响应模式通信
can应用层协议:面向节点和面向报文的协议
数据通信协议基本上可以划分为“面向节点的协议”和“面向报文的协议”两种类型,如下图:
图3:面向节点和面向报文的数据通信
制定一个can应用层协议
为了给读者演示can应用层协议的开发和使用方法,下面定义一个简单的can应用协议栈,该协议栈中只用到can标准帧中的数据帧,帧id中的11个位的分配和使用方法如下表所列,协议中另外还定义了功能参数长度变量fundatalen的功能参数数组fundata,该数组在需要时可以为某些特定功能函数提供足够的控制参数。
图4
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