本發(fā)明涉及嵌入式多機(jī)實(shí)時(shí)通信，尤其涉及一種適用于自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)多臺(tái)變頻器通信的can應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著紡織機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，工廠對(duì)于自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的自動(dòng)化程度需求的日益提升，為了減輕工廠工人給多錠自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的變頻器調(diào)參調(diào)試的工作強(qiáng)度，同時(shí)增強(qiáng)工廠對(duì)多錠自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的運(yùn)行狀況的監(jiān)控管理程度，有必要為自動(dòng)絡(luò)筒產(chǎn)線安裝一個(gè)集中控制終端。這個(gè)控制終端需要能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地與多臺(tái)變頻器進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)的調(diào)整、狀態(tài)的監(jiān)控以及故障的診斷等功能。

2、變頻器作為自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的核心控制部件之一，其性能直接影響到整個(gè)生產(chǎn)線的效率和穩(wěn)定性。然而，變頻器屬于軟硬件資源受限的嵌入式產(chǎn)品一類，其控制核心大部分為mcu（微控制器）或dsp（數(shù)字信號(hào)處理器），因此在通信協(xié)議的設(shè)計(jì)上需要充分考慮其資源限制。

3、can（controller?area?network，控制器局域網(wǎng)）總線作為一種高性能的串行通信協(xié)議，因其高可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，在汽車電子、工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，can?2.0b只定義了物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，但在嵌入式多機(jī)can通信的實(shí)際應(yīng)用中，尤其是自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)多臺(tái)變頻器通信場(chǎng)合，缺乏一個(gè)貼合需求的應(yīng)用層協(xié)議。盡管市場(chǎng)上存在如canopen、devicenet等高層協(xié)議，它們復(fù)雜的對(duì)象字典結(jié)構(gòu)和多樣化的數(shù)據(jù)幀設(shè)計(jì)，使得它們?cè)谫Y源有限且追求高可靠性、簡(jiǎn)單性的定制化嵌入式系統(tǒng)中難以完全滿足通信的要求。

4、針對(duì)這一問題，本發(fā)明提出了一種專為自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)多臺(tái)變頻器通信設(shè)計(jì)的can應(yīng)用層協(xié)議方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服目前can應(yīng)用層協(xié)議的欠缺不足，針對(duì)自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)變頻器資源限制和多機(jī)通信需求，提供一種適用于自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)多臺(tái)變頻器通信的can應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)一種簡(jiǎn)單、可靠、低負(fù)載的can通信控制方案。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、適用于自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)多臺(tái)變頻器通信的can應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

4、步驟1、對(duì)can2.0b標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的11位canid進(jìn)行重新劃分定義，數(shù)據(jù)段固定為8字節(jié)，支持1主機(jī)，1-31臺(tái)從機(jī)；其中，11位canid標(biāo)識(shí)符分為五個(gè)功能位域：

5、1比特位不用，bit10，目的是為了防止前七位都為隱性電平；

6、1比特位代表數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较颍琤it9，為1代表消息從主機(jī)到從機(jī)，為0代表消息從從機(jī)到主機(jī)；

7、5比特位設(shè)備標(biāo)識(shí)，bit8-4，設(shè)備標(biāo)識(shí)取值為0-31，從機(jī)標(biāo)識(shí)為0-30，主機(jī)標(biāo)識(shí)為31，從機(jī)發(fā)送消息給主機(jī)使用自身分配的標(biāo)識(shí)，主機(jī)給指定從機(jī)發(fā)送消息使用指定從機(jī)的標(biāo)識(shí)，主機(jī)給從機(jī)廣播消息，使用主機(jī)標(biāo)識(shí)31；

8、3比特位消息類型，bit3-1，can總線上可承載8種類型的消息，消息類型包含：000讀寫類、001命令類、010狀態(tài)類、011網(wǎng)絡(luò)類、100響應(yīng)類，其余保留；

9、1比特位消息等級(jí)，bit0，高等級(jí)消息為1，低等級(jí)消息為0；

10、對(duì)數(shù)據(jù)段的每個(gè)字節(jié)進(jìn)行劃分定義：

11、1字節(jié)功能碼高位，byte1，代表變頻器功能組；

12、1字節(jié)功能碼低位，byte2，代表變頻器功能碼；

13、2字節(jié)數(shù)據(jù)，byte3-4，代表對(duì)應(yīng)功能碼的參數(shù)值；

14、4字節(jié)映射位，byte5-8，共32bit，分別映射31個(gè)從機(jī)和1個(gè)主機(jī)，從機(jī)和主機(jī)接收到命令后，響應(yīng)幀中對(duì)應(yīng)的位置為1，則代表指令執(zhí)行成功，為0，則代表執(zhí)行不成功，執(zhí)行不成功說明通信正常，但是機(jī)器出現(xiàn)了異常，用于檢查通信對(duì)象狀態(tài)異?；蚬收希?/p>

15、步驟2、對(duì)canid進(jìn)行處理，使用mcu/dsp的bxcan/ecan硬件外設(shè)的掩碼模式，對(duì)部分位通過驗(yàn)證碼和掩碼進(jìn)行過濾，在剩余canid位上使用軟件進(jìn)行處理；

16、步驟3、利用消息等級(jí)位對(duì)通信時(shí)序進(jìn)行區(qū)分設(shè)計(jì)，高等級(jí)消息設(shè)置握手超時(shí)重發(fā)機(jī)制，低等級(jí)消息僅為單次單向傳輸方式；

17、步驟4、使用會(huì)話機(jī)制對(duì)can網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理，包含建立會(huì)話、心跳發(fā)送、結(jié)束會(huì)話三部分，主機(jī)使用32位的connected_dev變量代表設(shè)備連接狀況；

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，步驟1中的8字節(jié)數(shù)據(jù)段，其中4字節(jié)映射位，byte5-8，共32bit，分別映射31個(gè)從機(jī)和1個(gè)主機(jī)，當(dāng)從機(jī)和主機(jī)在接收到命令，響應(yīng)幀中對(duì)應(yīng)的位置為1，則代表指令執(zhí)行成功，為0，則代表執(zhí)行不成功，說明通信正常，但是機(jī)器出現(xiàn)了異常，在通信數(shù)據(jù)幀中實(shí)現(xiàn)了檢查通信對(duì)象狀態(tài)異?；蚬收系墓δ?。

19、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，步驟2中，使用到了微控制器mcu/數(shù)字信號(hào)處理器dsp的bxcan/ecan硬件外設(shè)的掩碼模式，通過驗(yàn)證碼和掩碼進(jìn)行過濾，由于每個(gè)從機(jī)接收canid的都擁有固定傳輸方向及設(shè)備標(biāo)識(shí)，通過設(shè)置控制器的過濾器，在過濾器中設(shè)置可以通過的canid對(duì)應(yīng)位的值，可以快速過濾掉非本機(jī)的消息，由軟件處理canid的消息類型及消息等級(jí)相關(guān)位。在canid的處理上使用到軟硬件協(xié)同處理的方式，準(zhǔn)確過濾非本機(jī)消息，利用剩余位數(shù)實(shí)現(xiàn)其余復(fù)雜邏輯。

20、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，步驟3中，根據(jù)canid最后1bit消息等級(jí)位規(guī)定通信時(shí)序：

21、當(dāng)消息等級(jí)為高時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)發(fā)送方接收到接收方響應(yīng)，完成握手，若發(fā)送一次消息后超時(shí)未接收到響應(yīng)則會(huì)啟動(dòng)超時(shí)重發(fā)機(jī)制，最多會(huì)超時(shí)重發(fā)兩次，整個(gè)超時(shí)過程最多發(fā)送三次消息；具體為使用一個(gè)變量n進(jìn)行超時(shí)計(jì)數(shù)，發(fā)送方發(fā)送消息后，開啟一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為t，過去的時(shí)間間隔為△t：

22、若△t小于t，發(fā)送接收到響應(yīng)，則視為握手成功，關(guān)閉定時(shí)器并重載計(jì)數(shù)值；若△t大于t，定時(shí)器發(fā)生超時(shí)中斷，n加一，并重新裝載定時(shí)器，若第二次△t小于t，接收到響應(yīng)，仍然視為握手成功，若第二次△t仍然大于t，則定時(shí)器依舊發(fā)生超時(shí)中斷，n加一，并重新裝載定時(shí)器，n最多為3，當(dāng)n=3時(shí)，結(jié)束超時(shí)重發(fā)機(jī)制，由發(fā)送方打印通信異常日志；

23、當(dāng)消息等級(jí)為低時(shí)，說明該消息即使丟失幾幀也不會(huì)對(duì)自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)生產(chǎn)造成較大影響，采用單次單向傳輸方式，無需接收方進(jìn)行響應(yīng)。

24、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，步驟4通過會(huì)話機(jī)制對(duì)can網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理的具體步驟為：

25、步驟4.1、建立會(huì)話連接：由主機(jī)發(fā)起建立會(huì)話連接，使用主機(jī)標(biāo)識(shí)進(jìn)行消息廣播，數(shù)據(jù)段中設(shè)定對(duì)應(yīng)的功能組、功能碼、參數(shù)值，從機(jī)設(shè)備接收到主機(jī)消息后，將設(shè)備標(biāo)識(shí)放入數(shù)據(jù)段2字節(jié)數(shù)據(jù)中進(jìn)行響應(yīng)，主機(jī)接收到響應(yīng)進(jìn)行解析后，根據(jù)獲得的設(shè)備標(biāo)識(shí)，將設(shè)備的連接狀況轉(zhuǎn)換到32位的connected_dev變量的對(duì)應(yīng)位上，每位的值為0，代表未連接，值為1，代表已連接；

26、步驟4.2、心跳發(fā)送：在會(huì)話建立后，從機(jī)需要定時(shí)向主機(jī)發(fā)送心跳消息，以告知主機(jī)連接的從機(jī)仍然在線；在通信時(shí)序上，采用步驟3消息等級(jí)為高時(shí)的握手超時(shí)重發(fā)機(jī)制；

27、步驟4.3、結(jié)束會(huì)話連接：由主機(jī)發(fā)起結(jié)束會(huì)話連接，使用主機(jī)標(biāo)識(shí)進(jìn)行消息廣播，數(shù)據(jù)段中設(shè)定對(duì)應(yīng)的功能組、功能碼、參數(shù)值，主機(jī)在發(fā)送完消息后，無需從機(jī)進(jìn)行響應(yīng)，將內(nèi)存中32位的connected_dev變量的對(duì)應(yīng)從機(jī)位全部清零。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

29、1、在can2.0b標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的11位canid劃分上，使用方向位+設(shè)備標(biāo)識(shí)進(jìn)行消息過濾，剩余位表示消息類型和消息等級(jí)，使用微控制器mcu器/數(shù)字信號(hào)處理器dsp的硬件外設(shè)bxcan/ecan的掩碼模式，對(duì)方向位+設(shè)備標(biāo)識(shí)通過驗(yàn)證碼和掩碼進(jìn)行過濾，在剩余canid位上使用軟件進(jìn)行處理，極大地節(jié)省了過濾消息的軟件資源，同時(shí)又利用剩余canid位實(shí)現(xiàn)軟件上復(fù)雜的邏輯。

30、2、利用消息等級(jí)位對(duì)通信時(shí)序進(jìn)行區(qū)分設(shè)計(jì)，高等級(jí)消息設(shè)置握手超時(shí)重發(fā)機(jī)制，低等級(jí)消息僅為單次單向傳輸方式，這種通信時(shí)序保證了高等級(jí)消息的可靠傳輸，降低了低等級(jí)消息對(duì)can總線資源的占用，而自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)多臺(tái)變頻器通信中高等級(jí)消息多為低頻次，低等級(jí)消息多為高頻次，這種設(shè)計(jì)顯著降低了can通信的負(fù)載量。

31、3、使用會(huì)話機(jī)制對(duì)can網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理，包含建立會(huì)話，心跳機(jī)制，結(jié)束會(huì)話三部分，這些全部由主機(jī)主動(dòng)發(fā)起，并使用一個(gè)32位的connected_dev變量記錄設(shè)備連接狀態(tài)，在低資源開銷下，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)對(duì)從機(jī)基本的網(wǎng)絡(luò)管理，監(jiān)控功能。

32、4、在can通信的數(shù)據(jù)段上設(shè)置了4字節(jié)的映射位，在通信正常的情況下，能夠檢查通信對(duì)象狀態(tài)異常或故障。