工業(yè)通信與網絡技術教案第1頁課程題目第14講現(xiàn)場總線——DeviceNet（1）DeviceNet概述、DeviceNet的連接協(xié)議、DeviceNet信息協(xié)議（顯示信息、輸入/輸出信息）課時2學時教學目的：1．了解DeviceNet的相關概念和術語；2．掌握DeviceNet的連接協(xié)議和DeviceNet信息協(xié)議。教學重點與難點：重點：DeviceNet的連接協(xié)議、DeviceNet信息協(xié)議；難點：DeviceNet信息協(xié)議。教學方法與手段：方法：講授法；手段：課堂教學。教學內容與課時分配：1．DeviceNet概述、DeviceNet的連接協(xié)議；1學時2．DeviceNet信息協(xié)議。1學時教具：作業(yè)與思考：教學后記：第14講現(xiàn)場總線——DeviceNet（1）一、DeviceNet概述1、DeviceNet由來、組織機構與標準DeviceNet由原AB公司、即現(xiàn)在的羅克韋爾自動化公司于1994年開發(fā)，1995年4月交由開放式設備網供貨商協(xié)會ODVA（OpenDeviceNetVendorsAssociation）組織和管理。ODVA是一個非盈利的獨立組織，它負責DeviceNet規(guī)范的管理、修訂、完善和發(fā)行，促進DeviceNet在全球的推廣與應用。ODVAChina于2000年7月6日成立，目前有會員44家。哈爾濱工業(yè)大學是ODVAChina的用戶會員。DeviceNet現(xiàn)已成為國際標準IEC62026-3，歐洲標準EN50325，中國國家標準GB/T18858.3-2002。2、DeviceNet的特點、優(yōu)點與應用行業(yè)采用CAN物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范，使用CAN協(xié)議芯片，得到了國際上主要芯片制造商的支持；網絡上可以容納多達64個節(jié)點，每個節(jié)點支持的I/O數(shù)量沒有限制；網絡拓撲結構靈活；節(jié)點設備可通過網絡統(tǒng)一配電（信號線和電源線都包含在干線中），亦可配置為自行供電；高電流性能（可高達16安培）；網絡速度可選125kbps、250kbpsODVAChina總線長度可達500m；具有誤接線保護功能；可帶電更換網絡節(jié)點設備，在線修改網絡配置；支持位選通、輪詢、狀態(tài)改變/周期和應用對象觸發(fā)的I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式；具有通信錯誤分級檢測機制、通信故障的自動判別和恢復功能；采用生產者/消費者網絡模型，通信功能強大，支持對等、多主或主/從通信結構；可實現(xiàn)不同廠商的同類設備的互換；既適用于連接低端工業(yè)設備，又能連接像變頻器、操作員終端之類的復雜設備。DeviceNet是一種低端網絡系統(tǒng)，網絡解決方案簡單。其設備具有互換性和互操作性，用戶可對不同廠商的設備進行最佳系統(tǒng)集成，大大減少了系統(tǒng)安裝、調試和接線的成本和時間。DeviceNet是一種低成本現(xiàn)場總線。它將可編程控制器、操作員終端、傳感器、光電開關、執(zhí)行機構、驅動器等現(xiàn)場智能設備連接成網絡，省去了昂貴和繁瑣的電纜硬接線。DeviceNet為系統(tǒng)提供了重要的設備級診斷功能，這是在傳統(tǒng)I/O上很難實現(xiàn)的。DeviceNet是一個開放式網絡標準，任何人都能從ODVA獲得其規(guī)范，任何制造或打算制造DeviceNet產品的公司均可加入ODVA。DeviceNet應用行業(yè)：汽車工業(yè)；半導體芯片制造和半導體產品制造；食品飲料；搬運業(yè)；電力系統(tǒng)；石油；化工；樓宇自動化；冶金；制藥。3、體系結構圖6-1DeviceNet網絡拓撲圖6-2總線供電的DeviceNet節(jié)點連接圖6-3DeviceNet使用的5芯電纜4、對象建模.DeviceNet使用抽象的對象建模來描述：可使用的成組的通信服務；DeviceNet節(jié)點的外部可視行為；訪問和交換DeviceNet設備內部信息的通用方法?？蓪⒁粋€DeviceNet節(jié)點模擬成對象（Object）的集合。一個對象提供了設備內部的一個特定部件的抽象描述。一個設備內的這種抽象模型的完成是由其實現(xiàn)來決定的。一個類(Class)是一組表示同種系統(tǒng)部件的對象；一個對象實例是一個類中的一個特定對象的實際代表。一個類中的每一個實例都具有相同的一組屬性，但有各自的一組屬性值。一個DeviceNet節(jié)點的一個類中可容納多個對象實例。圖6-4對象的一個類4）一個對象實例和/或一個對象類擁有屬性，提供服務并實現(xiàn)一種行為。5）屬性是一個對象和/或一個對象類的特性。通常來說，屬性提供一個對象的狀態(tài)信息或控制其運行。服務被調用來觸發(fā)對象/類以執(zhí)行一個任務。一個對象的行為指明其如何對特定事件做出響應。與對象建模相關的術語：對象(Object)——一個產品中的一個特定組件的抽象描述。類(Class)——一組表示同種系統(tǒng)組件的對象。一個類是一種對象的一個概括。一個類中所有的對象在形式和行為上是相同的，但是它們可以包含不同的屬性值。實例（Instance）——一個對象的一個明確的真實（物理）事件。例如，加利福尼亞是“州”這一對象類的一個實例。對象、實例和對象實例這些術語都是指一個特定實例。屬性（Attribute）——一個對象的一個外部可視特性或特點的一種描述。通常來說，屬性提供一個對象的狀態(tài)信息或控制其運行。例如，一個周期對象的重復速率。例示（Instantiate）——創(chuàng)建一個對象的一個實例，除默認值在該對象的定義中被指定外，所有實例屬性均初始化為零。行為（Behavior）——對一個對象如何動作的一種說明。動作產生于對象檢測到的不同事件，如接收服務申請、檢測內部故障或對定時器計時。服務（Service）——一個對象和/或對象類所支持的一個功能。DeviceNet定義一組公共服務，并提供對象類和/或供貨商特定服務的定義。通信對象（CommunicationObjects）——涉及多個對象類，它們管理和提供運行時通過DeviceNet的信息交換。應用對象（ApplicationObjects）——實現(xiàn)產品特定性能的多個對象類。5、網絡概觀DeviceNet定義了一個基于連接的方案以便于所有應用通信。一個DeviceNet連接提供多個終點（end-point）之間的一條通信路徑。一個連接的終點是需共享數(shù)據(jù)的應用。當一個連接被建立時，與此特定的連接有關的發(fā)送被分配一個標識值。此標識值被稱為連接ID(ConnectionID-CID)。連接對象(ConnectionObjects)-模擬一個特定的應用至應用（applicationtoapplication）關系的通信特性。術語終點是指在一個連接中所涉及的一個通信實體。DeviceNet的基于連接的方案定義了一個動態(tài)方法，此方法可建立下列兩種連接類型：I/O連接（I/OConnections）-在一個生產應用與一個或多個消費應用之間提供專用的、特定目的通信路徑。通過這些端口來傳送應用特定I/O數(shù)據(jù)。顯式信息連接(ExplicitMessagingConnections)-在兩個設備之間提供一般的、多用途的通信路徑。這些連接通常僅指信息連接。顯式報文（ExplicitMessages）提供典型的面向請求/響應式的網絡通信。I/O連接：I/O報文通過I/O連接來交換。一個I/O報文由一個連接ID和相應的I/O數(shù)據(jù)組成。一個I/O報文中數(shù)據(jù)的含義被相應的連接ID隱含。連接終點被認為是知道I/O報文的預期用途和含義的。顯式信息連接：顯式報文通過顯式信息連接來交換。顯式報文被用于命令執(zhí)行一個特定任務，并通報該任務的執(zhí)行結果。一個顯式報文的含義/預期用途是在CAN數(shù)據(jù)場中被指明的。顯式信息可提供執(zhí)行典型的面向請求/響應功能的方法（如模塊配置）。圖6-5I/O連接DeviceNet定義指明報文含義的顯式信息協(xié)議。一個顯式報文由一個連接ID和相應的協(xié)議信息組成。圖6-6顯式信息協(xié)議6、DeviceNet對象模型圖6-7DeviceNet對象模型未連接報文管理器（UnconnectedMessageManager——UCMM）-處理DeviceNet未連接顯式報文；連接類(ConnectionClass)-分配和管理與I/O連接和顯式信息連接有關的內部資源；連接對象（ConnectionObject）-管理與特定的應用至應用網絡關系有關的通信特定方面；DeviceNet對象（DeviceNetObject）-提供物理上DeviceNet網絡連接的配置和狀態(tài)；鏈路生產者對象（LinkProducerObject）-連接對象使用此對象將數(shù)據(jù)發(fā)送到DeviceNet上；鏈路消費者對象（LinkConsumerObject）-連接對象使用此對象從DeviceNet上接收數(shù)據(jù)；報文路由器（MessageRouter）-將顯式請求報文分發(fā)給相應的處理者對象；應用對象（ApplicationObjects）-實現(xiàn)產品的預期用途。二、DeviceNet連接1、概述DeviceNet協(xié)議是在CAN的基礎上制定的。在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層中，DeviceNet與CAN的主要區(qū)別是：CAN的最高通信速率可達1Mbps，DeviceNet只用了125kbps、250kbps、500kbps三種速率；DeviceNet只使用了CAN2.0A中的有關定義，并不支持CAN2.0B中的擴展報文格式；在CAN定義的4種幀類型中，DeviceNet不使用其中的遠程幀。4）DeviceNet是一種基于連接的網絡。一個DeviceNet連接提供多個應用之間的一條路徑。當一個連接被建立時，與此連接相關的發(fā)送可分得一個連接標識符/連接ID-CID。若此連接涉及雙向交換，則需分配兩個連接ID值。圖6-8DeviceNet連接網絡2、CAN標識符區(qū)的DeviceNet使用11位CAN標識符在DeviceNet上被分為4個不同的報文組：組1、組2、組3和組4。對于基于連接的報文，連接ID被設置在CAN標識符區(qū)中。圖6-9CAN標識符區(qū)的DeviceNet使用DeviceNet上的CAN標識符區(qū)包含下列部分：報文標識符/報文ID（MessageID）：標識一個特定終點內部一個報文組中的一個報文。報文ID便于在一個特定終點內部的一個報文組中多個連接的建立。當一個連接被建立時，終點使用一個報文ID與MACID結合來產生一個連接ID。源MACID（SourceMACID）：目的MACID（DestinatiuonMACID）：顯式信息和I/O連接可在報文組1、2、3中建立；離線連接組報文在組4中建立?；贑AN定義的仲裁方案，組1報文的優(yōu)先級高于組2報文，組2報文的優(yōu)先級高于組3報文。圖6-10組1中報文ID的使用報文組1：在組1發(fā)送中，總線訪問優(yōu)先權在網絡上的所有設備中被均勻地分配。當兩個或多個組1報文仲裁CAN總線訪問時，組1報文ID數(shù)值上較小的報文將贏得仲裁，并獲得總線訪問。若兩個或多個組1報文ID值相同的組1報文仲裁總線，則來自MACID值較小的設備的發(fā)送將贏得仲裁。報文組2：組2報文ID描述由一個特定終點所交換的各種組2報文。對此應用的例外是組2報文ID值6和7：DeviceNet預先定義一組連接以便于一個主/從應用中所遵守的通信。此定義保留組2報文ID值6；組2報文ID7被保留以用于對已分配相同MACIDs的節(jié)點進行檢測。圖6-11組2中報文ID的使用報文組3：圖6-12組3中報文ID的使用組3報文ID5在發(fā)送與未連接顯式信息請求相關的響應、設備心跳或設備關閉報文時被使用；組3報文ID6在發(fā)送未連接顯式信息請求時被使用；組3報文ID值7無效，不被使用。動態(tài)地建立顯式信息連接的報文是在組3下被發(fā)送的：并將值5（響應）和/或值6（請求）設置在CAN標識符區(qū)的組3報文ID部分內。這些報文稱為未連接顯式報文。未連接顯式報文由未連接報文管理器UCMM進行處理/操作。報文組4：（組4報文—離線連接組報文）圖6-13組4中報文ID的使用3、連接建立概述顯式信息連接和UCMM：未連接顯式報文建立和管理顯式信息連接。未連接請求報文由發(fā)送一個報文ID部分被設置為6的組3報文來表示?？勺鳛槲催B接顯式請求報文被發(fā)送的有效服務僅為：打開顯式信息連接請求；關閉連接請求。對未連接顯式請求的響應是作為未連接響應報文被發(fā)送的。未連接響應報文由發(fā)送一個報文ID部分被設置為5的組3報文來表示。可作為未連接顯式響應報文發(fā)送的有效服務僅為：打開顯式信息連接響應；關閉連接響應；錯誤響應；設備心跳報文；設備關閉報文。未連接報文管理器UCMM負責處理未連接顯式請求和響應。對UCMM的支持要求一個設備從所有可能的源MACIDs中篩選未連接顯式請求報文的CAN標識符。若一個設備發(fā)送未連接顯式請求報文，它也必須從所有可能的源MACIDs中篩選未連接顯式響應的CAN標識符。支持UCMM的設備（UCMM能力設備）還必須對重復MACID檢驗報文以及與任何其它已建立的連接有關的連接ID進行篩選。圖6-14UCMM報文流顯式信息連接為無條件的點對點（Point-to-Point）連接。點對點連接僅存在于兩個設備之間。請求打開連接的設備（源發(fā)站）為連接的一個終點，接收并對請求做出響應的模塊為另一個終點。圖6-15建立一個顯示信息連接圖6-16顯式信息連接的點對點特性I/O連接：動態(tài)I/O連接是通過先前所建立的顯式信息連接、與連接類連系而被建立的。下面列出動態(tài)地建立一個I/O連接所需的任務：1）與I/O連接的一個預定終點建立一個顯式信息連接；2）通過發(fā)送一個創(chuàng)建請求給DeviceNet連接類來創(chuàng)建一個I/O連接對象；3）配置該連接實例；4）應用在I/O連接對象上執(zhí)行的配置。這可導致服務于I/O連接所必需的部件的例示；5）在另一個終點內重復此過程。DeviceNet不要求支持I/O連接的動態(tài)建立。某些設備檢測到一個特定事件時可自動執(zhí)行這些步驟。配置工具使用各種顯式信息服務在終點內創(chuàng)建并配置I/O連接對象。I/O連接既可為點對點，也可為多點播送。多點播送連接允許一單個發(fā)送被多個節(jié)點聽取。圖6-17一個I/O連接的動態(tài)建立圖6-18I/O連接的點對點或多點播送特性4、預定義主/從連接組前面介紹了用于設備間建立連接的“一般模式”規(guī)則。一般模式要求利用一個顯式信息連接來配置每個連接終點內的通信參數(shù)。DeviceNet使用一般模式為基礎來定義一組便于典型主/從關系通信的連接。這些連接統(tǒng)稱為預定義主/從連接組一個應用至應用連接的創(chuàng)建和配置所涉及的許多步驟已在預定義主/從連接組內被取消。而它所提供的方法使得可用較少的網絡和設備資源來建立一個通信環(huán)境。定義管理預定義主/從連接組的機制可使不支持UCMM的一個實現(xiàn)成為可能5、客戶機和服務器的連接終點當討論與一個連接終點相關的行為時，術語客戶機和服務器貫穿始終。一個客戶機終點和服務器終點是與顯式信息連接和I/O連接相關的?？蛻魴C是引起一次發(fā)送的模塊；服務器是對此發(fā)送做出反應的模塊；圖6-19客戶機和服務器的連接終點三、DeviceNet信息協(xié)議1、顯示信息介紹與顯式信息連接動態(tài)建立有關的內容。一個顯式報文使用一個CAN幀的數(shù)據(jù)場來傳送DeviceNet定義的信息。圖為顯式報文CAN數(shù)據(jù)場的使用。圖6-20顯式報文CAN數(shù)據(jù)場的使用含有完整顯式報文的一次發(fā)送的數(shù)據(jù)場包括：一個報文頭；整個報文體。圖6-20顯式報文數(shù)據(jù)場格式如果一個顯式報文的長度超過8個字節(jié)，在DeviceNet上它必須被以分段的方式發(fā)送。這種分段/重裝的功能是由連接對象提供的。一個分段的顯式報文包括：一個報文頭；分段協(xié)議；一個報文體段。報文頭是在一個顯式報文的CAN數(shù)據(jù)場的字節(jié)偏移量0中被說明的。XID(交易ID)-此區(qū)被一個應用使用以使一個響應與其相應的請求相匹配。此區(qū)被服務器在一個響應報文中簡單地回送。服務器不利用此區(qū)來執(zhí)行任何類型的重復報文檢測邏輯。當一客戶機發(fā)送一個顯式報文而對其響應不是預期的時候，此區(qū)的數(shù)值是不予關心的。2、報文體一個報文體包含一個服務區(qū)和服務特有論據(jù)。圖6-21顯式報文報文頭格式服務區(qū)內容：服務代碼(ServiceCode)-此數(shù)值在服務區(qū)字節(jié)的低7位中被說明。它表明發(fā)送服務的類型。R/R（Request/Response）-服務區(qū)中的最高位。它的值決定了一個報文是請求報文還是響應報文。DeviceNet定義了一組公共服務。DeviceNet公共服務為開放式且其參數(shù)和要求的行為在DeviceNet中被定義。3、分段協(xié)議如果一個發(fā)送是一個分段的顯式報文的一部分，則其數(shù)據(jù)場包含：報文頭；分段協(xié)議；報文體段；分段協(xié)議便于大顯式報文的分段和重組。未連接報文管理器（UCMM）提供顯式信息連接的動態(tài)建立。UCMM處理兩種服務，它們管理顯式信息連接的分配和重新分配：打開顯式信息連接-服務代碼=4Bh，用于建立一個顯式信息連接。關閉連接-服務代碼=4Ch.，用于刪除一個連接對象和重新分配所有相關的資源。這些服務是通過使用組3報文中定義的未連接顯式請求和響應的CAN標識符區(qū)而被訪問的。圖6-22顯式報文數(shù)據(jù)場格式4、UCMM服務打開顯式信息連接請求：此服務請求在兩模塊之間建立邏輯連接，通過此連接顯式報文將被發(fā)送。此服務是作為一個未連接請求報文（報文組3，報文ID6）被發(fā)送的。圖為打開顯式信息連接請求格式。圖6-23打開顯式信息連接請求格式論據(jù)：Frag(0)/交易ID/MACID-見上文。注意，目的MACID總是在與一個打開顯式信息連接請求/響應有關的報文頭中被說明。R/R位（0）-表明這是一個請求報文。服務代碼(4Bh)-標識此為一個打開顯式信息連接服務。保留位-待被開發(fā)。這些位當前被接收器忽略，并應被發(fā)送器設置為0。5）請求報文體格式-此區(qū)被客戶機用于隨后在此連接上發(fā)送的顯式報文申請一個特定的報文體格式。對此打開顯式信息請求做出響應的服務器確定在此連接上所使用的實際報文體格式。報文體格式的值見表。服務器可做下列工作之一：拒絕請求并在打開顯式信息連接響應中回復一個適當?shù)母袷?。通過在打開顯式信息連接響應中回送相同的數(shù)值來表明接受此請求。表6-1報文體格式值組選-此區(qū)指明一個報文組，通過該報文組與此連接有關的報文是可被交換的。表中給出了所定義的組選值?？蛻魴C選擇一個報文組，通過該報文組來產生與此顯式信息連接相關的發(fā)送。如果服務器不能滿足這個請求，則它必須拒絕這個請求并且返回一個錯誤響應。服務過程：服務器內的UCMM確認打開顯式信息連接請求的論據(jù)。如果這些論據(jù)有效，UCMM就會引發(fā)連接類的創(chuàng)建服務來獲得一個連接對象實例。這個所獲得的連接對象被自動設置為一個顯式信息連接對象。對于服務器：如果服務器支持多種報文體格式，并且客戶機請求了其中的一種格式，則服務器通過在打開顯式響應報文中回送請求報文體格式來對請求做出認可；若服務器不支持多種報文體格式，則服務器僅在打開顯式信息響應內指定其默認格式。打開顯式信息連接成功響應：此服務用于成功地響應一個打開顯式信息連接請求報文。圖為打開顯式信息連接響應格式。圖6-24打開顯式信息連接響應格式論據(jù)：Frag(0)/交易ID/MACID-見6.3.1.1小節(jié)。注意，目的MACID總是在與一個打開顯式信息連接請求/響應有關的報文頭中被說明。R/R位（1）-表明這是一個響應報文。服務代碼(4Bh)-標識此為一個打開顯式信息連接服務。保留位-待被開發(fā)。這些位當前被接收器忽略，并應被發(fā)送器設置為0。實際報文體格式-此區(qū)被服務器用于確定與隨后在此連接上發(fā)送的顯式報文相關的報文體格式。目的報文ID-根據(jù)報文組使用此區(qū)，通過該報文組客戶機申請的這個連接將發(fā)生。表4-11為打開顯式信息連接響應中的目的報文ID。源報文ID-服務器分配的報文ID值。服務器從其組1，2或3報文ID中分配一個報文ID，此報文ID將被用于和其自身的MACID（源MACID）一起產生一個連接ID，它在服務器通過此連接發(fā)送一個報文時被說明。連接實例ID-當一個服務器成功地處理一個打開請求時，它會例示一個顯式信息連接對象。此區(qū)存儲分配給顯式信息連接對象的實例ID值。服務器返回此值，此值可隨后被客戶機在欲關閉此連接時使用。此連接實例ID區(qū)在打開顯式信息連接響應中在16位整數(shù)區(qū)（UINT）內被說明。下面的例子以圖解闡述了打開顯式信息連接請求/響應的執(zhí)行。圖6-25打開顯式信息連接請求/響應的執(zhí)行圖6-26打開顯式信息連接請求/響應的執(zhí)行關閉連接請求：此服務用于終止一個終點內的連接（I/O或信息）。由UCMM進行的關閉報文的接收會導致連接類的刪除服務的調用。一個關閉連接請求是作為一個未連接請求報文（報文組3，報文ID6）被發(fā)送的。打開顯式信息連接請求/響應服務只建立顯式信息連接；然而，關閉服務可以終止任何類型。關閉連接請求提供一種不必建立一個顯式信息連接就可以刪除一個連接的方法。通過一個顯式信息連接來發(fā)送一個到連接類的DeviceNet公共刪除服務與關閉服務所完成的功能是相同的。但是，刪除服務僅可以作為一個基于連接的報文被發(fā)送。圖6-27關閉連接請求格式論據(jù)：Frag(0)/交易ID/MACID-見4.3.1.1小節(jié)。注意，目的MACID總是在與一個關閉連接請求/響應有關的報文頭中被說明。R/R位（0）-表明這是一個請求報文。服務代碼(4Ch)-標識此為一個關閉連接服務。連接實例ID-此區(qū)為說明該連接實例將被刪除的一個區(qū)。因為關閉連接請求報文是作為一個未連接報文被發(fā)送的，發(fā)送者可能不知道與預期接收者有關的關于報文體格式的任何信息。結果，此報文內的用于連接實例ID的格式總是以16位整數(shù)表示。關閉響應：此服務用于成功地響應一個關閉請求報文。圖6-28關閉連接響應格式錯誤響應：與UCMM有關的用于相應的錯誤響應報文中含有錯誤代碼，包括通用錯誤代碼和附加錯誤代碼。這些錯誤代碼表示錯誤狀態(tài)。5、基于連接的顯式信息下圖描述與一個非分段肯定/成功響應相關的報文體的格式。圖6-29關閉連接響應格式6、輸入/輸出信息除可用于傳送一個長度超過8字節(jié)的I/O報文的分段協(xié)議外，DeviceNet沒有確定一個I/O報文數(shù)據(jù)場中有關信息的任何協(xié)議。圖6-30輸入/輸出信息工業(yè)通信與網絡技術教案第1頁課程題目第15講現(xiàn)場總線——DeviceNet（2）DeviceNet信息協(xié)議（DeviceNet分段/重組、重復MACID檢測協(xié)議）；DeviceNet通信對象類、網絡訪問狀態(tài)機制、預定義主/從連接組、設備描述課時2學時教學目的：1．了解DeviceNet信息協(xié)議（DeviceNet分段/重組、重復MACID檢測協(xié)議）；2.掌握DeviceNet通信對象類、網絡訪問狀態(tài)機制、預定義主/從連接組、設備描述。教學重點與難點：重點：DeviceNet信息協(xié)議、DeviceNet通信對象類、預定義主/從連接組；難點：DeviceNet信息協(xié)議、DeviceNet通信對象類。教學方法與手段：方法：講授法；手段：課堂教學。教學內容與課時分配：1.DeviceNet信息協(xié)議（DeviceNet分段/重組、重復MACID檢測協(xié)議）；1學時2.DeviceNet通信對象類、網絡訪問狀態(tài)機制、預定義主/從連接組。1學時教具：作業(yè)與思考：教學后記：備注教學內容工業(yè)通信與網絡技術教案第20頁備注教學內容第15講現(xiàn)場總線——DeviceNet（2）DeviceNet信息協(xié)議分段/重組分段/重組功能是由DeviceNet連接對象提供的，因此，本小節(jié)實際上是DeviceNet連接對象定義的一部分。對以分段方式發(fā)送和接收報文的支持是可選的。觸發(fā)一個分段發(fā)送的邏輯對于顯式信息連接和I/O連接是不同的：顯式信息連接檢驗每個將要發(fā)送的報文的長度：如果報文長度超過8字節(jié)，則使用分段協(xié)議。I/O連接檢驗連接對象的生產_連接_長度屬性(produced_connection_sizeattribute)：如果生產_連接_長度屬性超過8，則使用分段協(xié)議。定義兩種類型的分段：應答：當對一個顯式報文分段時執(zhí)行。非應答：當對一個I/O報文分段時執(zhí)行。分段協(xié)議位于CAN數(shù)據(jù)場中的一個字節(jié)內，格式如下：圖6-31分段協(xié)議格式分段協(xié)議內容：段計數(shù)-標記每一個分隔段以使接收器能夠判斷一個段是否已遺失。如果段類型為第一段，則此區(qū)具有特定的含義。對于一個序列中的每一個遞次段，段計數(shù)要加1，并且當段計數(shù)達到64時（段計數(shù)=（段計數(shù)+1）mod64）要返回0。I/O報文中的和顯式報文中的分段協(xié)議的位置是不同的。對于I/O報文分段，分段協(xié)議信息位于字節(jié)偏移量0中，見下圖。圖6-32分段協(xié)議信息對于顯式報文，分段協(xié)議信息位于字節(jié)偏移量1中，見下圖。圖6-33顯式報文，分段協(xié)議信息2、非應答分段一個I/O報文的分段是以非應答的方式執(zhí)行的。非應答分段是由來自發(fā)送模塊的段的背對背發(fā)送組成的。接收模塊以每一段為度返回無應答（恰恰是CAN提供的ACK）。連接僅僅調用作為發(fā)送報文所必需的鏈路生產者的發(fā)送服務，而不必等待來自接收模塊的任何特殊的應答。當一個I/O連接的發(fā)送_報文服務被調用時，它檢驗它的連接_長度(Connection_size)屬性以確定是否有一個分段報文序列將被發(fā)送，如果連接_長度屬性大于8，則分段協(xié)議將被置于I/O報文內，而不管當前發(fā)送的I/O部分的長度。3、應答分段一個顯式報文的分段是以應答的方式來實現(xiàn)的。應答分段包括來自發(fā)送模塊的一個段的發(fā)送，后面是由接收模塊給出的一個應答的發(fā)送。接收模塊對每一個段的接收做出應答。這提供了一定程度的流控制。假設更大的信息體可通過顯式信息連接來傳送（如上載/下載功能），這樣，一定程度的流控制就是必需的。4、重復MACID檢測協(xié)議每一個到DeviceNet上的物理連接必須被分配一個MACID。這種配置將包含人的參與，那么同一鏈路上的兩個模塊將被分配相同的MACID就是可能的。由于MACID與一個DeviceNet發(fā)送的確定的含義有關，因此所有DeviceNet模塊均被要求參與一個重復MACID檢測算法。本小節(jié)定義與重復MACID檢驗算法相關的協(xié)議。一個特定的報文ID值被定義在組2內以表示重復MACID檢驗報文。圖6-34被定義在組2內以表示重復MACID檢驗報文圖6-35重復MACID檢驗報文數(shù)據(jù)區(qū)格式論據(jù)：R/R位-請求/響應標志。此區(qū)的數(shù)值指示這是一個重復MACID檢驗請求還是一個響應報文。下表為定義的數(shù)值。物理端口號-在內部分配給每一個到DeviceNet上的物理連接的一個標識值。提供到DeviceNet上的多個物理連接的產品（如多路連接器）必須分配給每個單獨的連接一個唯一的范圍在0-127（10進制）內的值。提供一個單連接的產品（如一個單連接器）應該在此區(qū)內設置值0。供貨商ID-包含分配給發(fā)送此報文的設備供貨商的標識代碼的一個16位整數(shù)區(qū)（UINT）。序列號-包含供貨商分配給設備的序列號的一個32位整數(shù)區(qū)（UDINT）。二、DeviceNet通信對象類DeviceNet通信對象管理和提供運行時間內報文的交換。本節(jié)講述與通信對象相關的服務、屬性和行為。通信對象類主要包括鏈路生產者對象類、鏈路消費者對象類、連接對象類（連接類）和DeviceNet對象類。通信對象類通過下面描述來定義：●對象類屬性●對象類服務●對象實例屬性●對象實例服務●對象實例行為鏈路生產者對象是負責數(shù)據(jù)低端發(fā)送的部件。注意：不存在通過顯式信息連接到鏈路生產者類的外部可視接口。下面各小節(jié)中闡釋的所有服務/屬性描述內部行為。1、鏈路生產者對象類服務鏈路生產者類支持的服務如下：創(chuàng)建（Create）–用于在內部例示一個鏈路生產者對象刪除(Delete)–用于在內部刪除一個鏈路生產者對象下面列出一個鏈路生產者對象實例所支持的服務：發(fā)送（Send）–用于在內部告知鏈路生產者將數(shù)據(jù)發(fā)送到DeviceNet上；讀取_屬性（Get_Attribute）–用于在內部讀取一個鏈路生產者對象屬性；設置_屬性（Set_Attribute）–用于在內部修改一個鏈路生產者對象屬性。圖6-36鏈路生產者實例的行為連接對象類分配和管理與I/O連接和顯式信息連接相關的內部資源。連接類所產生的特定實例即指一個連接實例或一個連接對象。注意：存在一個通過顯式信息連接到連接類的外部可視接口。一個特定模塊內的一個連接對象實際代表一個連接的終點。連接對象用于模擬一個特定的應用至應用關系的通信特性。一個特有的連接對象實例管理與一個終點相關的通信特有情況。DeviceNet上的一個連接對象使用一個鏈路生產者和/或鏈路消費者所提供的服務來實現(xiàn)低端數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能。下圖實現(xiàn)低端數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能：圖6-37低端數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收連接對象類支持下列DeviceNet公共服務：表6-2DeviceNet公共服務表6-3連接實例屬性及其有關的數(shù)據(jù)類型一個連接中包含3種類型定時器：發(fā)送觸發(fā)定時器；靜止/看門狗定時器；生產停止定時器。連接對象實例支持下列DeviceNet公共服務：表6-4DeviceNet公共服務圖6-38I/O連接對象狀態(tài)轉換框圖DeviceNet對象用于提供到DeviceNet上的一個物理連接的配置及狀態(tài)。一個產品靠物理網絡連接必須支持一個(且僅限一個)DeviceNet對象.圖6-39帶有物理連接設備的DeviceNet用于DeviceNet對象的類屬性被定義于下面的下表中。表6-5DeviceNet對象的類屬性定義DeviceNet對象類支持下列DeviceNet公共服務：表6-6支持的DeviceNet公共服務下表定義用于DeviceNet對象的實例屬性。表6-7DeviceNet對象的屬性三、DeviceNet對象實例屬性1.MACID此屬性含有此設備的MACID。數(shù)值范圍為10進制數(shù)0-63。一個使用開關來設置MACID的設備在對一個指定MACID屬性的設置_屬性_單個請求的響應中必須返回一個通用錯誤代碼被設置為0E(屬性不可設)的錯誤響應。若一個設備不知道其MACID，則它被默認為63。MACID的修改要求一個設備刪除所有連接對象，并重新執(zhí)行網絡訪問狀態(tài)機制。2.波特率波特率（這里實際指位速率）屬性指明所選擇的波特率。下表給出其屬性數(shù)值。一個使用開關來設置波特率的設備在對一個指定波特率屬性的設置_屬性_單個請求的響應中必須返回一個通用錯誤代碼被設置為0E(屬性不可設)的錯誤響應。若一個設備不知道其波特率，則它被默認為125kbps。波特率的修改不會生效，直到設備被物理復位（如電源循環(huán)或一個復位開關）或通過發(fā)送復位服務給標識對象來復位。3.BOI（總線脫離中斷（Bus-offInterrupt））BOI屬性由1位組成，該位定義一個CAN設備如何處理總線脫離中斷。BOI屬性是一個用于讀取_屬性_單個/設置_屬性_單個服務的字節(jié)內的位區(qū)0。此字節(jié)的其他位均須為0。4.總線脫離計數(shù)器總線脫離計數(shù)器對CAN芯片進入總線脫離狀態(tài)的次數(shù)進行計數(shù)（對總線脫離中斷的次數(shù)計數(shù)）。計數(shù)器含有10進制數(shù)0-255中的值?？偩€脫離計數(shù)器在上電或設備初始化時被初始化為0。總線脫離計數(shù)器在它達到最大計值時停止計數(shù)。計數(shù)器不翻轉。計數(shù)器將處于最大計數(shù)值，直到一個設置_屬性_單個被執(zhí)行。5.分配信息分配信息屬性是與預定義主/從連接組有關的。它指明預定義主/從連接組是否已被分配。若它已被分配，則此屬性指明已執(zhí)行該分配的設備和當前已分配的連接。當與一個分配_主/從_連接組服務有關的一個成功響應被產生時，此屬性被修改。此屬性不能由設置_屬性_單個服務修改。若一個設置_屬性_單個請求指定該屬性，則通用錯誤代碼區(qū)被設置為0Ehex（屬性不可設）的一個錯誤響應被返回。分配信息屬性組成如下：(1)分配選擇字節(jié)分配選擇字節(jié)指明哪些預定義主/從連接是激活的（處于配置或建立狀態(tài)）。分配選擇字節(jié)在設備上電或復位時被初始化為0。(2)主站的MACID主站的MACID等于通過分配_主/從_連接_組服務分配預定義主/從連接組的設備的MACID。數(shù)值范圍為10進制0-63和255。0-63范圍中的一個值指示預定義主/從連接組當前已被分配，且表示執(zhí)行該分配的設備的MACID。值255表明預定義主/從連接組尚未被分配。主站的MACID在設備上電/復位時被初始化為255（FFhex）。四、DeviceNet對象實例服務后續(xù)各部分描述DeviceNet對象實例所支持的公共服務和對象類特有服務。1.公共服務DeviceNet對象實例支持下列公共服務：表6-8DeviceNet對象實例支持下列公共服務2.對象類特有服務DeviceNet對象實例支持下列對象類特有服務：表6-9DeviceNet對象實例支持下列對象類特有服務這些服務用于分配和重新分配預定義主/從連接組，而其中首先涉及的概念是主站和從站。通過預定義主/從連接組起客戶機作用的設備稱為主站。通過預定義主/從連接組起服務器作用的設備稱為從站。一個欲起其他設備的主站作用的設備必須首先在從站內分配預定義主/從連接組。當一個主站欲“放棄”其從站，它將釋放所有連接，以使從站去“重新分配”預定義主/從連接組。分配_主/從_連接_組服務代碼：4Bhex這是用于執(zhí)行預定義主/從連接組的分配的服務。此服務可通過僅限組2未連接顯式請求報文端口（組2報文ID=6）象一個顯式信息連接一樣被發(fā)送。分配_主/從_連接_組服務將下列通用步驟綁定為一個命令：請求服務數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)下列信息在一個分配_主/從_連接_組請求的服務數(shù)據(jù)區(qū)內被說明。表6-10分配主/從連接組請求服務數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)分配選擇參數(shù)在一個字節(jié)中被說明。每一位表示來自將被分配的預定義主/從連接組的一個顯式報文和/或I/O連接，或在應答禁止情況下，一個命令。若某位被設置為1，則一個請求就會被產生來分配那個特定的連接。若某位被設置為0，則請求者不想分配那個連接圖6-40分配_主/從_連接_組請求報文R/R位(0)-指明這是一個請求報文。服務代碼（4Bhex）-標識此為一個分配_主/從_連接_組服務。類ID-定義此請求所指向的對象類。既然此報文總是指向DeviceNet對象的，此值將總為3。實例ID-定義此請求所指向的對象類內的一個特定實例。既然提供到DeviceNet上的物理連接的DeviceNet對象有一個且僅有一個，此實例ID必須被設置為01。成功響應服務數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)一個成功分配_主/從_連接_組響應的服務數(shù)據(jù)區(qū)內指定下列信息。表6-11分配-主/從-連接-組響應參數(shù)下圖描述對DeviceNet上的分配_主/從_連接_組請求的一個成功響應的格式。圖6-41對分配_主/從_連接_組請求的成功響應釋放_主/從_連接_組服務代碼：4Chex此服務用于重新分配一個從站內的預定義主/從連接組。此服務可通過僅限組2未連接顯式請求報文端口（組2報文ID=6）象一個顯式信息連接一樣被發(fā)送。請求服務數(shù)據(jù)區(qū)參數(shù)下列信息在一個釋放_主/從_連接_組請求的服務數(shù)據(jù)區(qū)內被說明。表6-12釋放-主/從-連接=組請求參數(shù)釋放選擇參數(shù)在一個字節(jié)中被說明。每一位表示將被釋放的一個顯式報文和/或I/O連接。若某位被設置為1，則一個請求就會被產生來釋放那個特定的連接。若某位被設置為0，則請求者不想釋放那個連接。表6-13釋放選擇字節(jié)內容圖6-42釋放_主/從-連接_組請求報文下圖描述對DeviceNet上的此請求的一個成功響應的格式。圖6-43成功響應的格式圖6-44主站與從站之間的報文傳輸UCMM非能力設備分配預定義主/從連接組圖解(使用僅限組2未連接顯式報文端口來完成此分配)四、預定義主/從連接組1、概述前面介紹了用于設備間建立連接的“一般模式”規(guī)則。一般模式要求利用一個顯式信息連接來人工創(chuàng)建和配置每個連接終點內的連接對象。本節(jié)使用一般模式為基礎來定義一組便于典型主/從關系通信的連接。這些連接統(tǒng)稱為預定義主/從連接組。主站是為過程控制器采集和分配I/O數(shù)據(jù)的設備。從站是為主站采集I/O數(shù)據(jù)，并接收主站所分配的I/O數(shù)據(jù)的設備。主站“擁有”從站，從站的MACID出現(xiàn)在主站的掃描列表中。為確定將與什么從站進行通信，主站檢驗其掃描列表并相應地發(fā)送命令。除重復MACID檢測外，一個從站在被主站告知前不能發(fā)起任何通信。圖6-45DeviceNet主/從實現(xiàn)例子在預定義主/從連接組中使用下列術語：組2服務器：一個已被告知作為用于預定義主/從標識符連接的服務器的UCMM能力設備，見DeviceNet從站。組2客戶機：一個已獲得一個服務器內預定義主/從連接組的所有權的設備，由此它可作為那些連接上的客戶機，見DeviceNet主站。UCMM能力設備：一個支持未連接報文管理器（UCMM）的設備。至少，這要求支持未連接請求報文的接受與處理。UCMM非能力設備：典型的一個低端設備，因網絡中斷管理以及第一代CAN芯片的屏蔽性能，此設備不支持UCMM。僅限組2服務器：一個UCMM非能力的和必須使用預定義主/從連接組來建立通信的從站（服務器）設備（至少必須支持預定義主/從顯示信息連接）。一個僅限組2設備僅能發(fā)送和接收那些由預定義主/從連接組定義的標識符。僅限組2客戶機：一個作為僅限組2服務器的組2客戶機的設備。僅限組2客戶機為它已分配的僅限組2服務器提供UCMM功能。DeviceNet主站：指所謂的主/從應用的類型。DeviceNet主站是為過程控制器采集和分配I/O數(shù)據(jù)的設備。一個主站根據(jù)它所包含的一個掃描列表來掃描其從站設備。就網絡而言，主站是一個組2客戶機或一個僅限組2客戶機。DeviceNet從站：指所謂的主/從應用的類型。一個從站在被掃描時將I/O數(shù)據(jù)返回給其主站。就網絡而言，從站是一個組2服務器或一個僅限組2服務器。預定義主/從連接組：一組便于典型主/從關系通信的連接。一個應用至應用連接的創(chuàng)建及配置所涉及的諸多步驟已在預定義主/從連接組的定義中被取消。而它所提供的方法使得可用較少的網絡和設備資源來建立一個通信環(huán)境。與預定義主/從連接組有關的CAN標識符區(qū)如下圖所示。注意：組2，報文ID=6被保留用于僅限組2未連接顯式請求報文端口，而不能用于任何其它目的。圖6-46報文類型。I/O位選通命令/響應報文：位選通命令是主站發(fā)送的一個I/O報文。一個位選通命令報文具有多點播送性能。多個從站可對相同的位選通命令進行接收并做出反應（多點播送性能）。位選通響應是一個從站收到位選通命令時回送給主站的一個I/O報文。在從站內，位選通命令和響應報文是由一個連接對象接收/發(fā)送的。I/O輪詢命令/響應報文：輪詢命令是主站發(fā)送的一個I/O報文。一個輪詢命令是指向一個特定從站的（點對點）。一個主站必須對每個要輪詢的從站發(fā)送一個單獨的輪詢命令報文。輪詢響應是一個從站收到輪詢命令時回送給主站的一個I/O報文。在一個從站內，輪詢命令和響應報文是由一個連接對象發(fā)送/接收的。