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題。本文將運用國際規(guī)范的通訊標(biāo)準(zhǔn)解說其通訊協(xié)議的定義方式。

過程數(shù)據(jù)對象PDO(Process data object)

PDO屬于過程數(shù)據(jù)用來傳輸實時數(shù)據(jù)，即單向傳輸，無需接收節(jié)點回應(yīng)CAN報文來確認(rèn)，從通訊術(shù)語上來說是屬于“生產(chǎn)消費”模型PDO，如圖 1所示，就像食品銷售柜臺，生產(chǎn)者擺出“食品”，但只有“需要”的消費者才會來買，沒有指向性。

圖 1 生產(chǎn)者消費者模型

數(shù)據(jù)長度被限制為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，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個數(shù)據(jù)對象，每種數(shù)據(jù)對象就是1條CAN報文封裝，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，如果某個節(jié)點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。其實所有的PDO的COB-ID與Node-ID無必然規(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)定的對象特定事件來觸發(fā)(例如，定時傳輸，數(shù)據(jù)變化傳輸?shù)?。第二種是通過發(fā)送與PDO的COB-ID相同的遠(yuǎn)程幀來觸發(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(通過接收同步對象實現(xiàn)同步)

同步傳輸就是通過同步報文讓所有節(jié)點能在同一時刻進(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)載不平衡的問題。一般發(fā)送同步報文的節(jié)點是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(無循環(huán))。周期傳輸則是通過接收同步對象(SYNC)來實現(xiàn)，可以設(shè)置1~240個同步對象觸發(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、定時周期等。RPDO通訊參數(shù)位于對象字典索引的1400h to 15FFh，TPDO通訊參數(shù)位于對象字典索引的1800h to 19FFh。每條索引代表一個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PDO發(fā)出或者接收的對應(yīng)CAN幀ID;

發(fā)送類型：即這個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，所以需要一個約束時間來進(jìn)行“濾波”，這個時間單位為0.1ms;

Event timer事件定時器觸發(fā)的時間(單位ms)：定時發(fā)送的PDO，它的定時時間，如果這個時間為0，則這個PDO為事件改變發(fā)送。

SYNC start value同步起始值：同步傳輸?shù)腜DO，收到諾干個同步包后，才進(jìn)行發(fā)送，這個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時的一個難點，它包含了一個對象字典中的對象列表，這些對象映射到相應(yīng)的PDO，其中包括數(shù)據(jù)的長度(單位，位)，對于生產(chǎn)者和消費者都必須要知道這個映射參數(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報文中數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。

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報文數(shù)據(jù)聯(lián)合起來展示，不同的映射采用不同的顏色。

表 3 PDO在對象字典中的映射關(guān)系

CAN transmission( CAN發(fā)送報文)

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

表 4 TPDO的數(shù)據(jù)域

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