can网络管理需求规范_CAN0pen网络管理与特殊协议解刨

人们用CAN代替RS485，主要是因为其突发传输的实时性优势。但在多节点、长距离的应用中，如果没有优化，CAN总线相比RS485没有优势。沟通如何才能战胜我们的传统沟通？让CANOpen给你答案。

CANopen初期，即使在CAN总线广泛应用的汽车电子行业，网络中的CAN节点数量和通信所需的信息也比较少。人们用CAN代替RS485主要是因为其突发传输的实时性优势，但在多节点、长距离的应用中，CAN总线与RS485相比并无优势。比如在相同的波特率下，CAN的通信距离只能达到RS485的0.6-0.8倍，而多节点通信CAN不能发送任何突发，只好遵循RS485那样的轮询通信机制，否则会导致拥塞，如图1所示。就像这个路口的车，如果只有10辆车，即使没有红绿灯，也完全不会拥堵。而如果有100辆车，你随意开的话，就会严重拥堵。

图1 CAN和多节点拥塞的突然优势

CANopen的创始人非常了解CAN总线的特点，所以在设计CANopen的时候就定义为小型网络和控制信号的实时通信：

消息传输采用CAN标准帧格式。即11位ID字段，以最小化传输时间；

网络控制消息中使用最小数据字节数。例如，心跳消息只有一个字节的数据；

接收器不需要回答实时更新的过程数据。即采用生产消费模式，降低公交负荷；

需要接收方确认的配置参数通常采用快速单字传输。即一条消息最多可以传输一个32字节的参数变量，避免了成帧带来的实时性降低。

这些定义都是为了节省时间，最大程度保证实时性。同时，为了减少简单网络配置的工作量，CANopen定义了强制默认标识符(CAN帧ID)分配表，减少用户和维护人员的学习时间，快速上手。

网络管理(NMT)和特殊协议报文ID分类虽然CANopen的通信表现出CAN的特点，但所有节点的通信状态都是平等的，在运行过程中允许自行发送报文，为了稳定、可靠、可控，CANopen网络需要设置一个网管主机NMT-master，就像交响乐团的指挥一样，所有节点都在他的指挥下启停，如图所示。

图2 NMT-马斯特就像一个交响乐指挥。

NMT主机一般是CANopen网络中带监控的PLC或PC(当然也可以是一般的功能节点)，所以也成为CANopen主站。相应的其他CANopen节点是NMT从节点。

NMT主机和NMT从机之间传递的信息称为NMT网络管理信息。管理消息负责层管理、网络管理和ID分发服务。例如初始化、配置和网络管理(包括节点保护)。在网络管理中，同一个网络中只允许有一个主节点和一个或多个从节点，遵循主从模式。

此外，为了协调各节点的同步、心跳、时间、错误提示等通信控制，CANopen还定义了一系列特殊的协议消息。如表1所示，是CANopen预定义CAN-IDs的NMT报文和特殊协议报文。

表1 NMT和特殊协议的CAN-ID定义

CAN-ID是这类消息的COB-ID，其中读者必须记住绿色阴影的常见含义。在CANopen的研究和应用中，这三种类型是最常用的NMT和特殊协议消息。

USBCAN-E-P和PCI-5010-P主卡可以为PC机扩展CANOpen通信接口，实现CANOpen协议的数据通信。作为CANOpen网络的管理者，实现CANOpen网络管理(NMT)的所有功能。