canopen和devicenet比较

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1、CAN 总线以其成本低廉、通信实时性好、纠错能力强等优点而被汽车工业、电力系统变电站自动化、智能大厦等系统广泛采用。作为一种通信协议，CAN 本身并未指出流量控制、节点地址分配、通信建立、设备连接标准等具体的细则。后来在 CAN 总线协议的基础上，产生了 DeviceNET 和 CANopen 协议标准。 1 CANopen 简介 1.1 CANopen 由来 1993 年，Bosch 公司领导的 CAN-BUS 协会开始研究 CAN-BUS 通讯、系统、管理方面的细则，以后逐步完善，由此发展成为 CANopen 协议，它是 CAL(CAN Application Layer)协议基础上开发的

2、，使用了 CAL 通信和服务协议子集，它在保证网络节点互用性的同时允许节点的功能随意 扩展，定义了基于 CAN 的分布式工业自动化系统的应用标准以及 CAN 应用层通信标准。CANopen 协议是一个开放性的协议，对于开发者来说它是完全免费的。CANopen 在发布后不久就获得了广泛的承认，后来，有 CiA(CAN in Automation)协会管理、维护、和发展。到 2001 年，CANopen 协议已经成为全欧洲的嵌入式网络标准。 1.2 CANopen 协议剖析 1.2.1 网络模型 CANopen 协议的物理层和数据链路层延用了 CAL(CAN Application Layer)协

3、议标准，一个网段上最多支持 127 个节点，采用 CAN 收发器芯片，支持 CAN2.0 和 CAN2.0B 帧格式收发。并在 CiA DS303-1 指出了电缆和接点标准，在 CiA DS-304 中指出了接点保护的规范，即总线要有安全开关、光电隔离、紧急开关、电源保护等。CANopen 把 CAN 的 11位标识符分成 2 部分，及 4 位功能码和 7 个操作数据类型，如图 1 所示。具体分配如表 1所示。 图 1 canopen COB-ID 表 1 CANopen 标识符的分配表 功能段 地址段 0000 NMT 系统管理 0001 SYNC 同步标记 0011 PD0(tx)过程数据

4、对象发送包 0100 PD0(rx)过程数据对象接收包 1011 SDO(tx)服务数据的发送包 1100 SD0(rx)服务数据的接收包 如果是 29 位的标识符机制，可以把现有的 11 标识符的定义映射到 29 位的 COB-ID 的高11 位，使表中的 C0B-ID 的范围变的更大。 1.2.2 报文格式 CANopen 通信模型定义 4 种报文： 管理报文 主要网络管理和 ID 分配服务，如初始化，配置和网络管理(包括：节点保护) 。 服务数据对象(Service Data Object，SDO) 通过使用索引和子索引 (在 CAN 报文的前几个字节)，SDO 使客户机能够访问设备(服

5、务器) 对象字典中的项 (对象)。SDO 通过 CAL 中多元域的 CMS 对象实现，允许传送任何长度的数据 (当数据超过 4 个字节时分拆成几个报文) 。过程数据对象(Process Data Object，PDO) 用来传输实时数据，数据从一个生产者传到一个或多个消费者。数据传送限制在 18 个字节。 预定义和特殊功能对象 包括同步(SYNC)、时间标记对象 (Time Stamp)、紧急事件(Emergency)、节点/寿命保护(Node/Life guarding)、Boot-UP 过程对象。 其中 PDO 是实时性要求最高的也是最重要的的数据，它有同步和异步触发 2 种模式。 1.2

6、.3 通信机理 CANopen 的核心概念是设备对象字典 (Object Dictionary，OD)，它是一个有序的对象组；每个对象采用一个 16 位的索引值来寻址，为了允许访问数据结构中的单个元素，同时定义了一个 8 位的子索引，CANopen 网络中每个节点都有一个对象字典。对象字典包含了描述这个设备和它的网络行为的所有参数。一个节点的对象字典是在电子数据文档(Electronic Data Sheet，EDS)中描述或者记录在纸上。CANopen 由一系列称为子协议构成。如通信子协议 DS-301，还有各种设备子协议 (device profile)，如 DS-404(传感器和调节器)

7、，DS-405(可编程控制器)等。通信机理的核心如图 2 所示。 图 2 CANopen 设备的通信过程 1.2.4 应用中要注意的一些问题 (1)在开发过程中不必要将 CANopen 协议中的各项内容都一一编写，只要根据应用的具体要求按照 CANopen 协议编写即可。对象字典都要通过软件实现，这是实现 CANopen 的关键。 (2)组建对象字典时并没有必要把协议规定的所有项都包括进去，另外还要留出足够的空间，使得用户可以根据以后的具体需要向对象字典中添加功能项。 (3)一般应用中，如果 CANopen 网络不复杂，使用预定义的标识符分配就能满足要求。对于特别大的系统，如果要制定标识符分配

8、，这需要大量的软件编程。 (4)对于 CANopen 网络中必须实现的管理功能，一般由一个节点来实现，但也可以由几个节点分别承担。尤其对于 SYNC 报文传输和标识符的分配，分开来实现会更好。 2 DeviceNET 简介 2.1 DeviceNET 由来及 OSI/SIO 参考模型 DeviceNET 协议最初有美国的 Rockwell 自动化公司开发应用。目前有 ODVA(Open DeviceNET Vendor Association)组织管理和推广。它是一个开放式的协议，只要付出象征性的资金获得 ODVA 的一个许可号码，就可以得到协议的详细内容。 DeviceNET 属于CIP(C

9、ontrol and Information Protoco1)网络的范畴，CIP 网络有下列特点： (1)报文的传输类型有 I/O、互索、配置、程序上下载等； (2)它是一个面向连接的协议，必须要先建立，才能通信； (3)采用生产者/消费者模型； (4)可以支持主从，多主，对等，或者三种模式的任意组合； (5)面向对象编程等特点。 DeviceNET 以 CIP 协议为基础，沿用了 CAN 协议标准所规定的 ISO 参考模型中物理层和数据链路层的一部分，并补充了不同的报文的传送格式，总线访问仲裁规则及故障检测和隔离的发法。DeviceNET 增加了传输介质的协议规范，每个网段最大只允许有 6

10、4 个节点，采用干线支线进行网络拓扑；5 线制总线结构(2 信号线，2 电源线，1 屏蔽线)，总线支持 125/250/500 kb/s 三种波特率，最大传输距离为 500 m，DeviceNET 使用 5 线制，可以对网络上的节点进行总线供电。又由于它采用 5 线制，在实际的应用中接错的可能性更大，所以要求节点能够承受由于任意的 5 条线误接而产生的电压。所以在这个原因下，要求在实际的应用中的收发器一定要符合 DeviceNET 规范的规约中，仅要求收发器能承受 2 条信号线的误接线产生的电压。DeviceNET 要有节点的接地和隔离，即任一设备必须要有隔离栅，以及节点的误接线保护电路。 2

11、.2 标识符分配 DeviceNET 中，每一个连接有一个 11 位的连接标识符(Connection ID，CID) 来标识，将CID 分成优先级不同的 4 组报文，如图 3 所示。组一报文优先级最高，通常用来发送设备的 I/O 报文，报文组四优先级最低，用于设备离线时的通信。 2.3 DeviceNET 报文 I/O 报文用来传送实时性，准确性高的数据。而且支持多种触发方式，如位选通(bit strobe)、轮询(poll) 、状态改变(change of state)和循环(cyclic)等。 显式报文 用来传送实时性要求低的对象，如上下载程序、修改设备组态、记载数据日志等。2.4 对象

12、模型 DeviceNET 的每个节点被模型化为对象的集合，主要包括连接对象、对象实例、标识对象、参数对象等。它是一个面向对象的连接，可以用 VC+类对象编程。通信核心是；根据数据的优先级分配成哪类报文组 CID，根据节点对象模型引用和配置参数，初始化网络。 3 主要区别 3.1 传输距离 CANopen 网络可实现远距离传输 (10 km)，工作速率可调(1 Mb/s 通讯速率 5 kb/s)，因此，在实际应用中，要考虑到传输距离的限制而选择总线协议。如果用 devicenet 进行远距离传输，要使用网络中继器，现在市场上已经有很多这两种总线系统的中继器产品. 3.2 标识符分配 CANope

13、n 支持 CAN2.0 A11 位和 CAN2.0 B29 位标识符，而且报文的优先级只能通过它的大小来区分，通常节点地址比较小的 COB-ID 报文的优先级最高。如果要传送需要快速响应的事件，则要通过预定义和特殊功能对象，如同步(SYNC) ，时间标记对象(time stamp)，紧急事件(emergency) ，PDO 用来传输实时数据，优先级大于 SDO，因为 SDO的数据量大，通常用于设备初始化组态。而 DeviceNET 只用了 CAN2.0 A 的 11 位标识符去分组定义报文的优先级，这种信息组设计方法使总线优先级可任意分布，而不仅和节点地址有关。还取决与它是 I/O 还是显示报

14、文，报文的组号等。虽然 CANopen 和DeviceNET 的标识符分配机制不同，但都可以很方便的定义报文的优先级。 3.3 初始化组态不同 3.4 软件开发流程不同 3.5 应用领域 CANopen 不仅可以用在远距离的通信系统中，还可以用在像咖啡机、电子直线加速器、大型超市自动化、安全系统、注压机等系统中。DeviceNET 比较适合应用在传感器设备、微型执行器设备等设备上。 4 结语 本文通过对两种非常流行的现场总线协议的比较，清楚地说明了它们的不同之处，两者的技术有时可以互相借鉴，在具体的工业应用中，要综合考虑它们的价格，接线保护，通信长度，开发时间，通信机制等的不同，选择最适合的现场总线。 CAN 总线在各个领域有着很好的应用前景，CANopen 和 DeviceNET 是一种国际上公开的应用层总线协议，它们和 CAN 协议构成一个完整的网络协议，它可以使开发商生产的设备具有很好兼容性。DeviceNET 的技术以及应用在国内外已经趋于成熟，CANopen 协议在欧洲已经非常流行，但国内应用的还不多，有待进一步研究。