如何規(guī)范通訊數(shù)據(jù)類型?

摘要：當(dāng)前的通訊方式各式各樣，通訊協(xié)議也是五花八門，如何讓通訊更加穩(wěn)定可靠，這是很多工程師的棘手問(wèn)題。本文將運(yùn)用國(guó)際規(guī)范的通訊標(biāo)準(zhǔn)解說(shuō)其通訊協(xié)議的定義方式。

過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象PDO(Process data object)

PDO屬于過(guò)程數(shù)據(jù)用來(lái)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，即單向傳輸，無(wú)需接收節(jié)點(diǎn)回應(yīng)CAN報(bào)文來(lái)確認(rèn)，從通訊術(shù)語(yǔ)上來(lái)說(shuō)是屬于“生產(chǎn)消費(fèi)”模型PDO，如圖 1所示，就像食品銷售柜臺(tái)，生產(chǎn)者擺出“食品”，但只有“需要”的消費(fèi)者才會(huì)來(lái)買，沒(méi)有指向性。

圖 1 生產(chǎn)者消費(fèi)者模型

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度被限制為1~8 字節(jié)。最多只要1幀就可以把一條信息或者一個(gè)變量傳遞結(jié)束。

PDO的CAN-ID定義

PDO通信比較靈活，廣義上只要符合PDO范圍內(nèi)的所有CANID都可以作為節(jié)點(diǎn)自身的TPDO或者RPDO使用，也稱為COB-ID，不受功能碼和Node-ID限制，如圖 2所示。

圖 2 PDO的CANID規(guī)則

而在PDO預(yù)定義中，人為規(guī)定了TPDO和RPDO，規(guī)定了Node-ID在PDO中的位置，規(guī)定了PDO的編號(hào)，如表 1所示。

表 1 PDO的CAN-ID定義

PDO分為TPDO(發(fā)送PDO)和(接收RPDO)，發(fā)送和接收是以CANopen節(jié)點(diǎn)自身為參考(如果CAN主站或者其他從站就相反)。TPDO和RPDO分別有4個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，每種數(shù)據(jù)對(duì)象就是1條CAN報(bào)文封裝，這些都是數(shù)據(jù)收發(fā)的容器，就像圖 3所示，水果籮筐為使用者準(zhǔn)備好，就看使用者在里面放什么水果了。

圖 3 PDO和SDO就像水果籮筐

當(dāng)然，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)需要傳遞的資源特別多，則有出現(xiàn)例如TPDO5之類的數(shù)據(jù)對(duì)象，而它們的CAN-ID定義就需要打破預(yù)定義的規(guī)則，比如我們可以定義Node-ID為1的節(jié)點(diǎn)中TPDO5是182h，這里的PDO的COB-ID中的低7位不再是表示Node-ID。其實(shí)所有的PDO的COB-ID與Node-ID無(wú)必然規(guī)則上的聯(lián)系。

PDO的傳輸形式

PDO的兩種傳輸方式：同步傳輸和異步傳輸。 如圖 4所示，1、2為異步傳輸，3、4為同步傳輸。

圖 4 PDO的傳輸形式

異步傳輸(由特定事件觸發(fā))

其觸發(fā)方式可有兩種，第一種是由設(shè)備子協(xié)議中規(guī)定的對(duì)象特定事件來(lái)觸發(fā)(例如，定時(shí)傳輸，數(shù)據(jù)變化傳輸?shù)?。第二種是通過(guò)發(fā)送與PDO的COB-ID相同的遠(yuǎn)程幀來(lái)觸發(fā)PDO的發(fā)送。目前應(yīng)用中的異步傳輸基本都采用第一種。

同步傳輸(通過(guò)接收同步對(duì)象實(shí)現(xiàn)同步)

同步傳輸就是通過(guò)同步報(bào)文讓所有節(jié)點(diǎn)能在同一時(shí)刻進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)或者執(zhí)行下達(dá)的應(yīng)用指令，可以有效避免異步傳輸導(dǎo)致的應(yīng)用邏輯混亂和總線負(fù)載不平衡的問(wèn)題。一般發(fā)送同步報(bào)文的節(jié)點(diǎn)是NMT主機(jī)。

同步傳輸又可分為周期傳輸(循環(huán))和非周期傳輸(無(wú)循環(huán))。周期傳輸則是通過(guò)接收同步對(duì)象(SYNC)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以設(shè)置1~240個(gè)同步對(duì)象觸發(fā)。 非周期傳輸是由遠(yuǎn)程幀預(yù)觸發(fā)或者由設(shè)備子協(xié)議中規(guī)定的對(duì)象特定事件預(yù)觸發(fā)傳送。

PDO的通信參數(shù)

PDO通信參數(shù)，定義了該設(shè)備所使用的COB-ID、傳輸類型、定時(shí)周期等。RPDO通訊參數(shù)位于對(duì)象字典索引的1400h to 15FFh，TPDO通訊參數(shù)位于對(duì)象字典索引的1800h to 19FFh。每條索引代表一個(gè)PDO的通信參數(shù)集，其中的子索引分別指向具體的各種參數(shù)。如表 2所示。

表 2 PDO的通信參數(shù)

Number of entries參數(shù)條目數(shù)量：即本索引中有幾條參數(shù);

COB-ID：即這個(gè)PDO發(fā)出或者接收的對(duì)應(yīng)CAN幀ID;

發(fā)送類型：即這個(gè)PDO發(fā)送或者接收的傳輸形式，通常使用循環(huán)同步和異步制造商特定事件較多;

Inhibit time生產(chǎn)禁止約束時(shí)間(1/10ms)：約束PDO發(fā)送的最小間隔，避免導(dǎo)致總線負(fù)載劇

烈增加，比如數(shù)字量輸入過(guò)快，導(dǎo)致狀態(tài)改變發(fā)送的TPDO頻繁發(fā)送，總線負(fù)載加大，所以需要一個(gè)約束時(shí)間來(lái)進(jìn)行“濾波”，這個(gè)時(shí)間單位為0.1ms;

Event timer事件定時(shí)器觸發(fā)的時(shí)間(單位ms)：定時(shí)發(fā)送的PDO，它的定時(shí)時(shí)間，如果這個(gè)時(shí)間為0，則這個(gè)PDO為事件改變發(fā)送。

SYNC start value同步起始值：同步傳輸?shù)腜DO，收到諾干個(gè)同步包后，才進(jìn)行發(fā)送，這個(gè)同步起始值就是同步包數(shù)量。比如設(shè)置為2，即收到2個(gè)同步包后才進(jìn)行發(fā)送。

PDO的映射參數(shù)

PDO映射參數(shù)是初學(xué)者學(xué)習(xí)CANopen時(shí)的一個(gè)難點(diǎn)，它包含了一個(gè)對(duì)象字典中的對(duì)象列表，這些對(duì)象映射到相應(yīng)的PDO，其中包括數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度(單位，位)，對(duì)于生產(chǎn)者和消費(fèi)者都必須要知道這個(gè)映射參數(shù)，才能夠正確的解釋PDO內(nèi)容。就是將通信參數(shù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)和具體CAN報(bào)文中數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)。

RPDO通訊參數(shù)1400h to 15FFh，映射參數(shù)1600h to 17FFh，數(shù)據(jù)存放為2000h 之后廠商自定義區(qū)域;TPDO通訊參數(shù)1800h to 19FFh，映射參數(shù)1A00h to 1BFFh，數(shù)據(jù)存放為2000h 之后廠商自定義區(qū)域。

為了更加直觀地表現(xiàn)映射，表 3模擬TPDO1，將參數(shù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)、CAN報(bào)文數(shù)據(jù)聯(lián)合起來(lái)展示，不同的映射采用不同的顏色。

表 3 PDO在對(duì)象字典中的映射關(guān)系

CAN transmission( CAN發(fā)送報(bào)文)

TPDO1(CAN-ID = 181h) Data field：數(shù)據(jù)域4個(gè)字節(jié)

表 4 TPDO的數(shù)據(jù)域

請(qǐng)讀者閱讀3遍以上，如果還是無(wú)法理解。請(qǐng)打開廣州致遠(yuǎn)電子的CANopen主站卡管理軟件CANManager for CANopen，導(dǎo)入XGate-COP10模塊從站協(xié)議棧模塊的EDS文件，來(lái)真實(shí)感受一下。點(diǎn)擊配置從站，“高級(jí)”中進(jìn)行感性認(rèn)識(shí)。

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