基于CAN总线的modbus通信设计.doc

基于CAN总线的modbus通信设计
摘要：CAN总线是由HYPERLINK”http：//baike.baidu。com/view/3762.htm"\t”_blank"德国BOSCH公司开发了的,其主要用于HYPERLINK"http：//baike。baidu。com/view/1783239.htm”\t"_blank"汽车计算机控制系统，而在工业控制领域较少适用，在工业领域用的最多的是RS485总线.CAN总线较RS485总线具有网络各节点之间的数据通信实时性强，开发周期短，已形成国际标准的现场总线等优点.因此CAN总线是比较有前途的现场总线之一,在工业控制领域代替RS485是有可能的。
为了能简单地应用CAN总线代替RS485总线,如果采用比如CANopen等协议使得设备变得复杂化，那么有没有简单点的协议？很多做过工业设备的工程师都熟悉MODBUS协议，在RS485总线上跑的最多的协议就是MODBUS，如果我们在CAN总线上运行MODBUS协议，那么做过RS485的工程师就能很快地转移过来，减少了开发难度。所以本文就以CAN总线上跑MODBUS协议为目的对数据网络层协议进行设计。
概念：MODBUS有主从概念，CAN总线支持多主,在这里我们把主机叫做客户端，从机叫做服务器。在CAN总线上采用客户端服务器的概念。
在进行协议介绍前先对CANMODBUS进行简单的介绍.
MODBUS：阅读过MODBUS协议的人都知道modbus有ASCII和RTU模式,其中RTU模式用的较多，一个数据包在网络上传输我们必须知道包的开始和结束，在RTU模式中数据包是以至少3.5个字符的静默时间开始和结束的，如果信息结束前存在超过1.5个字符以上的间隔时间则出错。为了检测这些时间间隔,在程序上将变得很被动.ASCII虽然有专用的开始结束标志符,但是ASCII需要把一个字节数据传换为两个字符发送所以其效率低。所以还是得采用RTU模式，但得根据CAN总线的特点解决数据包开始结束标志的定义。
CAN总线:CAN总线的数据传输是以帧为单位的，一个帧包含标识符、数据段CRC等,标识符表示该帧的发送优先级，数据段包含实际的数据,数据长度从1到8字节，CRC对该帧进行校验，因为帧中包含了数据校验功能,所以在CAN上跑modbus就不需要再对数据进行CRC校验.在这里我们看到CAN总线是有优先级这个概念，但是没有出现像modbus这样有地址的概念，CAN总线上标识符段表示的是该帧的优先级，它面向的是数据，而modbus面向的是设备，每个数据包中都有地址，如果我们把地址放在CAN帧的数据段中那么所有设备都必须接收每一帧，然后对数据进行解析,如果网络负载比较大的是时候,这对设备不利.CAN控制器一般都能对特定的标识符段进行过滤,那么我们为什么不能把标识符段作为设备的地址，然后设备对特定的标识符进行过滤,这样就减少了设备的负担。但是如果标识符段作为目的地址，那么CAN总线上就不能有两个主机，应为CAN总线规定不能有两个相同标识符的帧同时发送。既然标识符符不能作为目的地址，那么就实现不了设备对数据的过滤。我的解决办法是把帧的标识符段分为两部分，一部分为发送方地址,另一部分为接收方地址，其中接收方地址在标识符的高端。这样我们就能通过表标识符段知道这帧数据是谁发给谁的，对于接收方它通过设置过滤器只接收表识符高端数据为自己地址的帧,这样就解决了CAN总线中地址的概念。这个地址还表示的设备的优先级，地址越小优先级就越高，接收方地址和发送方地址就决定这帧的发送优先级。标识符段分为标准帧和扩展帧,标准帧的标识符为11bit,扩展帧的标识符为29bit，按照接收方地址加发送方地址的分配方法标准帧的地址范围为0~31，共计32个地址，如果用扩展帧的来分配地址范围为0～16383，共计16384个地址。
标识符接收方地址发送方地址因为一帧最多能发送8字节数据，因此要发送超过8字节的数据就必须使用多帧，为了能适应多任务环境,我们在把帧的数据段的前两自己数据用作特殊用途:第一字节表示帧数据的ID,其bit7为1:表示服务器返回的数据帧，为0：表示客户端请求的数据帧；第二字节表示着一帧在这个数据包中的相对为位置，其bit7为1:表示这是最后一帧,因此我们可以根据这一帧就能计算出此次要传输的数据字节数，有这两字节的数据我们就能把一个数据包分成多个帧发送出去，然后在接收方根据这两字节的信息把数据包从新组装。由第二字节信息我们可以计算出一次能传输的数据包的大小为128*6=768字节。你也许会问,那个ID数据有什么用,为了支持多任务处理，一个客服端可能有多个任务同时把数据发送到同一个服务器，这个ID就是区分不同任务的，客户端发送到的时候分配一个空闲的ID然后以此ID把数据发送出