LonWorks

CANBUS

Обслуживание сообщений.

Периодический трафик.

Циклический трафик.

В этом случае арбитр сети имеет таблицу циклического опроса, состоящую из поименованных переменных. Порядок опроса устанавливается в соответствии с этой таблицей. Если какая-либо переменная должна опрашиваться чаще остальных, то она должна быть упомянута в этой таблице кратное числу опросов раз. Арбитр имеет доступ более чем к одной таблице опроса, но только одна из них может иметь активный статус. В конце цикла эта таблица может быть модифицирована. Такой трафик применяется в приложениях, ориентированных на пакетную обработку данных.

В этом случае шинный арбитр обращается к отдельным переменным из каждого узла сети по запросу. Запросы на работу с переменными генерируются во время циклического трафика.

Арбитр предоставляет право на передачу любому устройству сети, запросившему эту функцию во время циклического графика. Получив это право, устройство может передать свое сообщение (с подтверждением или без) одному или всем устройствам на шине.

Функции управления некоторым процессом могут быть распределены на шине между различными устройствами. Это возможно потому, что, с одной стороны, все "приемники" принимают одинаковые переменные одновременно, а с другой - время обновления данных и их передача подчиняются строгому контролю. То есть, основу FIP составляет так называемая "База данных реального времени".

FIP-протокол описывается стандартом UTE46 (Франция). Он полностью специфицирован на уровнях 1, 2 и 7.

· 7-ой уровень (Application Layer): NF C46-602, NF C46-606

· 2-ой уровень (Data Link Layer): NF C46-603

· 1-ый уровень (Physical Layer): IEC 1158-2

Особенностью реализации FIP-протокола является ограниченное число кристаллов, поддерживающих этот протокол. Вот их полный ряд: FIPIU2, FIPCO1, FULLFIP2 и FULLFIP2LP.

В таблице 6 суммируется некоторая информация по этим кристаллам.

В качестве среды передачи используется витая пара или оптоволокно.

Описанные выше интерфейсные кристаллы сегодня работают с такими известными микроконтроллерами, как 8051, 68НС11, 68332, 80196, 80386.

Программное обеспечение реализовано под операционные системы MS DOS и OS-9.

История этого протокола началась в начале 80-х годов. Технологии того уровня подошли к такому этапу, что возникла необходимость сбора и обработки результатов от множества датчиков, устанавливаемых в автомобилях, за короткие промежутки времени. Эту задачу можно было решить только при использовании сетевой структуры, объединяющей все компоненты и использующей для этой цели недорогую, последовательную сетевую структуру. По этой причине фирма BOSCH (Германия) разработала протокол "Control Area Network" (CAN), который был утвержден Международной организацией по стандартам в качестве стандарта ISO 11898. Этот стандарт был взят на вооружение несколькими фирмами-производителями кристаллов.

Протокол CAN описывает 1-ый и 2-ой уровень OSI-модели.

По своим характеристикам он удовлетворяет требованиям задач реального времени. Реализованный механизм передачи данных позволяет обнаруживать и исправлять ошибки с хемминговым расстоянием 6, то есть 2 ошибочных бита исправляются и 5 ошибочных битов обнаруживаются.

Системы на основе CANbus достаточно легко конфигурируются и обладают средствами централизованной диагностики.

CANbus - это последовательная шина, механизм работы которой описывается моделью децентрализованного контроля за доступом к шине, так называемой моделью CSMA/CM. Эта модель представляет собой модернизированный вариант модели CSMA/CD. Отличие заключается в механизме разрешения коллизий. В CANbus каждый блок данных содержит дополнительный 11-битовый идентификатор, который является, по сути, приоритетом данного сообщения. Назначение приоритетов может происходить следующим образом: один - для параметра скорости, другой - для частоты вращения коленчатого вала двигателя и т.п. Каждый узел-приемник в сети CANbus сам выбирает предназначенные для него сообщения. Возможные коллизии, связанные с одновременным запросом шины, разрешаются на основе приоритетности сообщений; право на работу с шиной получит тот узел, который передает сообщение с наивысшим приоритетом.

В каждом сообщении может быть передано от 0 до 8 бит данных. Большие блоки можно передавать за счет использования принципа сегментации. Общая схема работы сети представлена на рис. 3.

Фирма BOSCH предоставила ряду компаний лицензионное право на выпуск микросхем для CANbus: IAM, Inicore, INTEL, Intermetall, Motorola, National Semiconductor, NEC, Philips, SGS-Thompson и Siemens. Сегодня доступны следующие микроконтроллеры:

· от INTEL - 82526, 82627;

· от NEC - 72005;

· от Philips - 82С200;

· от Siemens - 81С90/91.

В марте 1992 года пользователи и производители аппаратуры, имеющей отношение к CANbus, создали международную Ассоциацию "CAN in Automation" (CiA). Эта некоммерческая организация занята продвижением этого протокола и системных решений на его основе на рынке автоматизации.

В настоящее время она объединяет около 170 фирм.

Протокол CANbus закрывает 1-ый и 2-ой уровни OSI-модели. Сегодня на основе CANbus есть решения для 7-го уровня. Это протоколы промышленных сетей:

· SDS (Honeywell)

· DeviceNET (Alien Bradley)

· CAL (протокол, предложенный Ассоциацией CiA)

Каждый из этих высокоуровневых протоколов имеет свою область применения.

Из-за недостатка информации они в данный обзор не вошли.

Система LonWorks (а об этом продукте более уместно говорить именно так, а не только как о протоколе) была спроектирована американской фирмой Echelon Corporation для построения систем управления с большим числом каналов данных, получаемых на основе коротких сообщений между большим числом узлов в сети. Каждый узел работает независимо и имеет возможность общаться с любым другим узлом в зависимости от различных событий, например, по изменению состояния на входных каналах или по возникновению каких-либо таймаутов. Узлы должны отвечать на запросы и выполнять команды со стороны других узлов.

Если говорить о методе доступа к среде передачи, то здесь использован уже известный по CANbus метод CSMA/CD.

Структура LON-сети описывается с помощью Конфигуратора сети. Он позволяет устанавливать, например, взаимосвязь входных/выходных аналоговых каналов между разными узлами сети. Разработанная таким образом конфигурация записывается в EEPROM каждого узла.

Сеть LON включает группу устройств (узлов сети), соединенных тем или иным видом физического интерфейса: витая пара, радиоканал или оптический кабель. Скорости передачи, естественно, зависящие от среды передачи, достигают 1,25 Кбод.

Каждое устройство, подсоединенное к LON-сети, содержит специальный интерфейсный контроллер Neuron, состоящий из 3 микропроцессоров в одном корпусе:

· MAC (media access control CPU)-процессор поддерживает уровни 1 и 2 OSI-модели;

· NET (network CPU)-процессор реализует с 3 по 6 уровни;

· APP (application CPU)-процессор обрабатывает функции прикладного уровня.

Весь этот микропроцессорный набор работает на частоте 10 МГц. Диапазон возможных скоростей передачи данных в сети от 4,88 Кбод до 1,25 Мбод. Наиболее часто используются скорости 78 Кбод и 1,25 Мбод.

Фирмой Echelon спроектированы два интерфейсных кристалла для LON-сети: 3120 и 3150; они производятся фирмами Motorola и Toshiba. Кристалл 3120 содержит ROM, EEPROM и RAM (все в одном корпусе) и не имеет интерфейса к внешней памяти. Кристалл 3150 спроектирован для больших систем и содержит интерфейс к внешней памяти, но не имеет ROM-памяти.

Топология сети может иметь произвольный вид. Наиболее общей и часто используемой является "линия" и "произвольная топология".

Произвольная топология не имеет ограничений на структуру сети. Она может быть построена в виде звезды, колец и множественных соединений. Такая сеть должна обязательно иметь хотя бы один блок терминатора сети.

Особенность использования LON-сети состоит в том, что устройства, разработанные для одной топологии, из-за отсутствия универсальных трансиверов нельзя использовать для другой.

Все данные, передаваемые по LON-сети, имеют некий Стандартный сетевой тип (Standard Network Variable Type, SNVT). Используя этот тип, можно получить представление для переменных, например, "напряжение" или "температура". Когда сеть сконфигурирована, отдельные узлы посылают подробности своих SNVT-переменных в некоторый центральный узел, который хранит у себя их местоположение в сети. Использование SNVT позволяет строить сеть, в которой узлы могут заменяться на другие без изменения основного программного обеспечения.

Для продвижения промышленной сети LonWorks на рынке автоматизации создана соответствующая международная организация "The LonMark Interoperability Association". Она объединяет и координирует работу свыше 100 компаний по всему миру.