CAN-bus 应用层通讯协议介绍

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CAN-busCAN-bus 应用层通讯协议介绍应用层通讯协议介绍

Version 1.10

2006年 5月


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应用层协议介绍应用层协议介绍现场总线 CAN － bus什么是应用层协议应用层协议基础应用层协议介绍常用的应用层协议参考文献


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现场总线现场总线 CAN-busCAN-bus现场总线的概念

开放式、数字化、多点通信的底层控制网络技术

应用在生产现场，微机测量控制设备之间串行数字通信总线

国际电工委员会 IEC61158 标准定义：现场总线是指安装在制造和过程区域的现场装置与

控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线

CAN-bus 为目前应用最为广泛的现场总线之一


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为什么需要制定应用层协议为什么需要制定应用层协议现场总线的 OSI 结构

OSI 结构体系为 7 层现场总线的特点：

网络功能并不复杂网络节点多为：传感器、控制器、执行器等网络数据量并不大要求较高实时性和可靠性

现场总线网络通讯模型作了简化通常包括物理层、数据链路层以及应用层

OSI应用层

数据链路层物理层


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为什么需要制定应用层协议为什么需要制定应用层协议 CAN – bus OSI 结构


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为什么需要制定应用层协议为什么需要制定应用层协议现场总线对于通讯协议的要求：

通讯介质的多样性：支持多种通讯介质，满足不同的现场环境的要求

实时性：信息不允许有较大的时延或者时延的不确定可靠性：具备抗各种干扰的能力以及完善的检测、纠

错功能数字特征：数据以 0 或者 1 的数字信息在各设备以及网

络上串行的进行传输可互操作性：不同制造商制造的现场仪表可以在同一

总线上互相通信和操作


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为什么需要制定应用层协议为什么需要制定应用层协议CAN 总线的底层协议规范： CAN2.0A/B

协议 CAN 总线采用短帧报文，抗干扰能力强，可靠

性高定义物理层和数据链路层没有规定应用层，本身并不完整

OSI 的七层中应用层最复杂，与用户需要密切相关：应用层具体定义所要传送的信息


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为什么需要制定应用层协议为什么需要制定应用层协议在 CAN 应用网络中，附加功能需要通过应

用层协议实现：流程控制；网络启动；发送长于 8 字节的数据块、响应块，或确定数

据传送；为不同的物理节点分配报文标识符；定义帧报文的数据内容与含义；节点监控，节点故障的诊断和标识。


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应用层协议基础应用层协议基础主从式 / 多主型广播 / 点对点ACK / NoACKCAN2.0 A/B 帧格式

CAN2.0A 帧： 11 位 ID + 最多 8bytes 数据 CAN2.0B 帧： 29 位 ID + 最多 8bytes 数据


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常用的应用层协议常用的应用层协议DeviceNetCALCANOpenCAN KingdomSAE J1939OSEK/VDXSDS


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标准协议的特点标准协议的特点一个开放的、标准化的 CAN-bus 高层协议；制定属于特定行业的 CAN-bus 应用方案；支持不同厂商设备的互用性、可交换性；完善地定义标准设备模型；开放扩充自定义设备的接口；对总线仲裁、数据交换、错误处理有明确的

限定


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标准协议的优势标准协议的优势为分布式自动化控制系统的设计实现，提

供一个经过实际检验过的系统结构。可以缩短产品开发时间，降低产品的开发

成本和开发风险。能够支持不同生产厂家设备的互用性和可

交换性。目前市场上有大量的支持基于标准高层协

议开发的工具。


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常用的高层协议常用的高层协议一些常用的 CAN-bus 高层协议：

DeviceNet 协议制定组织： ODVA CAL 协议制定组织： CiA CANopen 协议制定组织： CiA CANKingdom 协议制定组织： Kvaser J1939 协议制定组织： SAE SDS 协议制定组织： Honeywell

DeviceNet 协议和 CANopen 协议是真正占领市场的高层协议。

2002年 6月，广州周立功单片机发展有限公司成为中国的第一家 CiA 团体会员。

2002 年 8 月，广州周立功单片机发展有限公司加入 ODVA 协会。


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DeviceNet DeviceNet 协议简介协议简介 DeviceNet 协议特别为工业自动控制而定制； DeviceNet TM 是一个非常成熟的开放式网络，它根

据抽象对象模型来定义； DeviceNet 允许多个复杂设备互连接，也允许简单设备的互换性；

基于 CAN 技术的 DeviceNet 提供了相当重要的设备级诊断功能。

请参考周立功公司的《 DeviceNet 开发教程》。


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DeviceNet DeviceNet 技术特点技术特点网络大小：最多 64 个节点；网络模型：生产者 /消费者模型；网络长度：可选的端对端网络距离随网络传输速度变化；

波特率： 125kbps ，距离： 500m（ 1640ft）波特率： 250kbps ，距离： 250m（ 820ft）波特率： 500kbps ，距离： 100m（ 328ft）

数据包： 0～ 8 字节；总线拓扑结构：线性干线 / 支线，电源和信号在同一网络

电缆中；总线寻址：带多点传送（一对多）的点对点；多主站和主

/ 从轮询或状态改变（基于事件）；系统特性：支持设备的热插拔，无需网络断电。


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DeviceNet DeviceNet 技术支持技术支持协议

DeviceNet Specifications Release 2.0 1997 Vol. I Communication Model and Protocol Vol. II Device Profiles and Object Library

网站 www.odva.org/www.odvachina.org www.zlgmcu.com

应用工业控制电力通讯


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CAL CAL 协议协议CAL（ CAN Application Layer）协议

发布于 1993 年，是 CiA 首批的效力条款之一

CAL 为基于 CAN 的分布式系统的实现，提供了一个不依赖于应用面向对象的环境

为通讯标识符分布，网络和层管理提供了对象和服务

CAL 的主要应用在基于 CAN 的分布式系统，系统不要求可配置性以及标准化的设备建模


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CALCAL 协议应用协议应用在欧洲一些公司在尝试使用 CAL ，尽管 C

AL 在理论上正确并在工业上可以投入应用，但每个用户都必须设计一个新的子协议 ,因为 CAL 是一个真正的应用层。 CAL 可以被看作开发一个应用 CAN 方案的必要理论步骤，但在这一领域它不会被推广


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CANOpen CANOpen 协议简介协议简介 CANopen 协议这是一个基于 CAL 的子协议，用

于产品部件的内部网络控制； CANopen 不仅定义了应用层和通讯子协议，也

为可编程系统不同器件接口应用子协议定义了页 /帧状态。

CANopen 协议中设备建模是借助于对象目录而基于设备功能性的描述；

CANopen 在汽车电控制系统、电梯控制系统、安全监控系统、医疗仪器、纺织机械、船舶运输等方面均得到了广泛的应用。


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CANOpen CANOpen 协议内容协议内容 CANopen Communication Profile for Industrial Sys

tems based on CAL

CiA Draft Standard 301, Version 3.0

CiA Draft Standard Proposal DSP 302 ， Version 3.1 Framework for Programmable Devices

CiA Draft Standard Proposal DSP 401, Version 1.4 Device Profile for I/O Modules

CiA Draft Standard Proposal DSP 402, Version 1.0 Device Profiles Drives and Motion Control


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CANOpen CANOpen 技术支持技术支持网站

www.can-cia.de www.zlgmcu.com

应用嵌入式应用自动化机械越野车辆工业控制医疗器械电梯控制


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CAN KingdomCAN Kingdom CAN Kingdom is more then a HLP: A Meta protocol

Introduced by KVASER, Sweden A ‘King’ (system designer) takes the full responsibility of the syste

m The King is represented by the Capital (supervising node) World wide product identification standard EAN/UPC is used for

Applications Machine control, e.g. industrial robots, weaving machines, mobile

hydraulics, power switchgears, wide range of military applications Advantages

Designed for safety critical applications Real time performance Scalability Integration of DeviceNet & SDS modules in CAN Kingdom possibl

e


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SAE J1939SAE J1939

Features Developed by Society of Automotive Engineers (SAE)

heavy trucks and bus division Use of the 29 identifiers Support of real-time close loop control

Applications Light to heavy trucks Agriculture equipment e.g. tractors, harvester etc… Engines for public work


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SAE J1939SAE J1939 基于 CAN2.0B 帧格式

ID28 ID27 ID26 ID25 ID24 ID23 ID22 ID21 ID20 ID19 ID18 SRR IDE ID17 ID16 ID15

PRIORITY R DP PDU Format（ PF） 1 1 PF PS

ID14 ID13 ID12 ID11 ID10 ID9 ID8 ID7ID6

ID5 ID4 ID3 ID2 ID1 ID0 RTR

PDU Specific（ PS） Source Address 0/1

DLC3 ～ DLC0

Data Length Code (0 ～ 8)

数据部分（ 0～ 8 字节）


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OSEK/VDXOSEK/VDX Initialized by:

BMW, Bosch, DaimlerChrysler, Opel, Siemens, VW & IIIT of the university of Karlsruhe /PSA and Renault

OSEK/VDX includes: Communication (data exchange within and betweenControl units) Network management (configuration determination and monitoring) Operating system (real-time executive for ECU software)

Motivation: High, recurring expenses in the development and variant management of n

on-application related aspects of control unit software Compatibility of control units made by different manufactures due to diffe

rent interfaces Goal: portability and re-usability of the application software Advantages: clear saving in costs and development time


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SDSSDS SDS(Smart Distributed System)

Created by Honeywell Close to DeviveNet, CAL & CANopen CAN-based network , advanced bus system fo

r intelligent sensors and actuators


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SDSSDS Features ：

Close to DeviveNet, CAL & CANopen Over a single 4-wire cable, Smart Distributed System can interface up to 6

4 nodes with a maximum of 126 addresses. Smart Distributed System devices have advanced device-level functions, sy

stem and device diagnostics. Best Used For:

The Smart Distributed System can interface with both PC controllers and PLCs.

It is ideally suited for industrial applications replacing older discreetly wired sensors and actuator systems.

Typical Applications: Packaging/food processing equipment Automotive plant floor Material handling Conveyor Systems


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ReferenceCAN-bus 技术支持网站：

http://www.embedcontrol.com

CAN-bus 技术讨论园地：http://www.21icbbs.com/club/bbs/bbsView.asp?boardid=43

CAN-bus服务邮箱：[email protected]

[email protected]


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