"Использование протокола can для построения вычислительных сетей"
Скачать 243.01 Kb.
|
1 2
| Использование протокола CAN для построения промышленных вычислительных сетей Использование протокола CAN для построения промышленных вычислительных сетей САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ кафедра Электрических станций и автоматизации энергосистем Д О К Л А Д по теме: "Использование протокола CAN для построения вычислительных сетей" Выполнил: студент гр. 4022 Петров В.Г. Руководитель: Терёшкин А.В. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1999 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Введение 3 2. Основные понятия 3 3. Типы фреймов 6 3.1. Фрейм данных 6 4. Фильтрация сообщения 8 5. Кодирование 8 6. Обработка ошибок 9 6.1. Виды ошибок 9 6.2. Сообщение об ошибках 9 7. Ограничение повреждений 9 8. Погрешность частоты синхрогенератора 10 9. Синхронизация 10 10. Сравнительная характеристика стандартного и расширенного форматов 10 11. Структура CAN-сети 12 12. Литература 14 1. ВВЕДЕНИЕ Современная микроэлектронная элементная база позволяет разрабатывать высо- коинтеллектуальные системы противоаварийного управления электроэнергетическим оборудованием (генераторами, электродвигателями, шинами и т.д.), в которых кроме традиционных функций релейной защиты и противоаварийной автоматики, предусмат- риваются возможности сбора информации о состоянии оборудования и регистрации предаварийных и аварийных процессов, а также для повышения уровня автоматизации процесса производства, передачи и распределения электрической энергии, включение в состав автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). При обмене информацией между отдельными устройствами автоматики, а также при связи терминальной (управляющей) микропроцессорной системы с верхнем уров- нем АСУ ТП наиболее остро стоит проблема выполнения физического уровня вычис- лительной сети и реализации протоколов обмена, обладающих следующими свойства- ми: 1. высокая помехозащищённость (для обеспечения устойчивой работы в неблагопри- ятных условиях наличия различного вида помех); 2. высокая скорость передачи (для обеспечения обмена большими объёмами инфор- мации об объекте, синхронизации часов реального времени во всех подсистемах и устройствах АСУ ТП, получения команд с верхнего уровня – диспетчерского пуль- та, согласования работы различных устройств защиты и т.д.); 3. высокая надёжность передачи информации; 4. гибкость конфигурирования (для возможности быстрого и технически просто реа- лизуемого изменения как состава сети, так и связей между отдельными узлами); 5. возможность подключения большого количества узлов; 6. высокая протяжённость линий связи. Controller Area Network (CAN) - протокол последовательной связи, который эф- фективно поддерживает распределение данных и управление ими в реальном времени со сверхвысоким уровнем надежности. Область применения - от высокоскоростных сетей до мультиплексной связи в электронике, машинных блоках управления, датчиках, и т.д., со скоростями передачи данных до 1 Мбод. ^ CAN имеет следующие свойства: • система приоритетов сообщений • гибкость конфигурации • групповой прием с временной синхронизацией • обнаружение многократных ошибок • автоматическая ретрансляция ошибочных сообщений • способность различать нерегулярные ошибки от устойчивых сбоев узлов и автоматическое выключение дефектных узлов. Многоуровневая архитектура CAN: Надежность и гибкость CAN была достигнута за счет подразделения на различ- ные уровни: • уровень передачи данных: - подуровень управления логической связью (LLC) - подуровень управления доступом (MAC) • физический уровень. Область действия подуровня управления логической связью: • обеспечивает функции для передачи данных и для удаленного запроса данных, • решает, какие сообщения, из полученных подуровнем управления логической связью, должны быть приняты, • обеспечивает функции для управления, восстановления и сообщения о перегрузке. Область действия подуровня управления доступом - протокол передачи, то есть кадрирование, выполнение арбитража, обнаружение ошибок и сообщение об ошибках. Управление доступом – это решение, является ли шина свободной для начала новой передачи или прием только начинается. В подуровне управления доступом также реа- лизован механизм для различения единичных ошибок от постоянных сбоев. Область действия физического уровня - фактическая передача данных и, следова- тельно, операции, связанные с выбором времени считыванием бита, кодированием би- та, и синхронизацией. Сообщения Информация на шине представлена в виде сообщений различного формата, но ог- раниченной длины. Когда шина свободна, любой узел может начинать передавать со- общение. Узел с наибольшим приоритетом сообщения получает доступ к шине. Адресация сообщений В системах CAN узел не использует информацию относительно конфигурации системы (например, адреса узлов). Это имеет несколько важных следствий. ? Гибкость системы: узлы могут быть добавлены к сети CAN без изменения чего-либо в программном обес- печении или в оборудовании сети. ? Выбор маршрута сообщения: содержание сообщения именовано идентификатором. Идентификатор не указывает на- значение сообщения, но описывает значение данных, так, чтобы все узлы в сети были способны фильтровать сообщения. Скорость передачи информации Скорость CAN может быть различна в различных системах. Однако в отдельно взятой системе скорость передачи данных одинакова и определяется возможностями данной системы. Удаленный запрос данных Посылая фрейм запроса узел, требующий данные, может запрашивать у другого узла соответствующий фрейм данных. Фрейм данных и соответствующий ему фрейм запроса имеют один и тот же идентификатор. Арбитраж Всякий раз, когда шина свободна, любой узел может начинать передавать сооб- щение. Если два или больше узлов начали передавать сообщения одновременно, то конфликт доступа к шине решается поразрядным арбитражем, использующим иденти- фикатор. Механизм арбитража гарантирует, что ни информация, ни время не будут по- теряны. В течение арбитража каждый передатчик сравнивает уровень переданного бита с уровнем, который установлен на шине. Если эти уровни равны, то передача продолжа- ется. Когда передатчиком послан 'рецессивный' уровень, а считан 'доминантный', узел теряет арбитраж и должен прекратить передачу сообщения. Надежность Чтобы достигнуть наибольшей надежности передачи данных, приняты меры для обнаружения ошибок, сообщения о них и самопроверке каждого узла CAN. ? Обнаружение ошибок Для обнаружения ошибок используются: - контроль состояния шины (передатчики сравнивают уровень сигнала, который бу- дет передан, с уровнем, установленным на шине) - использование циклической контрольной суммы - кодирование методом разрядного наполнения (STUFFING) ? Свойства обнаружения ошибок: Имеются следующие свойства обнаружения ошибок: - выявляются 5-кратные ошибки - выявляются любое нечетное число ошибок. Общая вероятность передачи сообщения с необнаруженными ошибками – меньше, чем 4.7 * 10-11. ? Сообщение об ошибке и время повтора Сигнализация о принятии сбойного сообщения производится каждым узлом, об- наруживающим ошибку. Такие сообщения прерываются и автоматически передаются повторно. ? Топология CAN-сети Топология CAN-сети - шинная. Количество узлов в сети теоретически не ограни- чено. Фактически общее число узлов будет ограничено электрическими характеристи- ками логических элементов на шине при использовании потенциального интерфейса. ? Канал связи Шина состоит из отдельного канала связи. Способ выполнения может быть раз- личным. Например, однопроводной или дифференциальный канал, оптоволоконный кабель и др. ? Значения шины Шина принимает одно из двух комплиментарных логических значений: 'доминантное' или 'рецессивное'. При одновременной передаче 'доминантных' и 'рецессивных' битов, возникающее в результате значение на шине будет 'доминантным'. Например, в случае выполнения "проводного И" на шине 'доминантный' уровень будет представлен логическим '0', а 'рецессивный' уровень логической '1'. ^ Передача сообщения осуществляется и управляется четырьмя различными типами фреймов: - фрейм данных (DATA FRAME), передаёт данные от передатчика приемникам. - фрейм запроса (REMOTE FRAME), передаётся узлом сети, чтобы запросить передачу фрейма данных с тем же самым идентификатором. - фрейм ошибки (ERROR FRAME), передаётся каждым узлом при обнаружении ошиб- ки. - фрейм задержки (OVERLOAD FRAME) используется, чтобы обеспечить дополни- тельную задержку между предшествующим и текущими фреймом данных или фреймом запроса, в случае, когда узел-приемник временно не успевает обработать принимаемый поток данных. Фрейм данных и фрейм запроса отделены от предшествующих фреймов полем разделения фреймов (INTERFRAMES SPACING), которое состоит из трех 'рецессив- ных' битов. 3.1. Фрейм данных Фрейм данных состоит из семи различных полей (рис. 1): - начало фрейма (START OF FRAME) - поле арбитража (ARBITRATION FIELD) - поле управления (CONTROL FIELD) - поле данных (DATA FIELD) - поле циклической контрольной суммы (CRC FIELD) - поле подтверждения (ACK FIELD) - конец фрейма (END OF FRAME) Arbitration field Control field Data field CRC field ACK Bus idle S 11 bit R s End O Identifier T d d DLC 15 bit r l r of F R o Frame t Рис. 1. Фрейм данных Поле данных может иметь нулевую длину. Начало фрейма Начало фрейма сигнализирует о передаче фрейма данных или фрейма запроса. Состоит из единственного 'доминантного' бита. Узлы могут начать передачу только когда шина незанята. Все узлы должны син- хронизироваться по фронту 'доминантного' бита, переданного в начале фрейма пере- дающим узлом. Поле арбитража Поле арбитража состоит из 11-разрядного идентификатора и RTR бита. Биты идентификатора обозначены ID-10 ... ID-0. Идентификатор Длина идентификатора - 11 бит, которые передаются старшим битом вперед. Поле управления Поле управления состоит из шести битов. Оно включает в себя: - IDE бит, который имеет 'доминантное' значение для стандартных фреймов - резервный бит r0. |
1 2
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Использование методов искусственного интеллекта получает все большее распространение. Одним из перспективных направлений в области... | | Рассматриваются вопросы построения моделей дрейфа с использованием искусственных нейронных нейронных сетей. Предлагается новый метод... |
| В книге американского автора в общедоступной форме излагаются основы построения нейрокомпьютеров. Описаны структура нейронных сетей... | | Для профиля "Программное обеспечение и администрирование информационно-вычислительных систем и сетей" |
| Для профиля "Программное обеспечение и администрирование информационно-вычислительных систем и сетей" | | Для профиля "Программное обеспечение и администрирование информационно-вычислительных систем и сетей" |
| Основное направление исследования: исследования в области имитационного моделирования локальных вычислительных сетей, методов исследования... | | Передачи прав на использование программ для электронных вычислительных машин (эвм) |
| Передачи прав на использование программ для электронных вычислительных машин (эвм) |  | Целью курсового проекта является изучение протоколов вычислительных сетей на практике. Для достижения поставленной цели было выдано... |