कैन नेटवर्क और कैनोपेन स्टैक का उपयोग करना

एक बार, मुझे एक एम्बेडेड सिस्टम विकसित करने की चुनौती का सामना करना पड़ा जिसमें अधिकतम विश्वसनीयता के साथ नोड्स के बीच डेटा प्रसारित किया जा सकता है। तब मैंने पहली बार CAN के बारे में सीखा।

इस लेख में मैं संक्षेप में बता सकता हूं कि CAN क्या है और इसके साथ काम करने के मेरे अनुभव के बारे में। शायद जो लोग एम्बेडेड सिस्टम विकसित कर रहे हैं, मेरे लेख को पढ़ने के बाद, इस मानक में दिलचस्पी होगी यदि यह अभी तक उनके विचार में नहीं आया है। इसके अलावा, कैन नियंत्रक वर्तमान में कई माइक्रोकंट्रोलर पर मौजूद हैं।

CAN (कंट्रोलर एरिया नेटवर्क) स्वचालन और उद्योग में उपयोग किए जाने वाले नेटवर्क के लिए बॉश द्वारा बनाया गया एक मानक है। मानक ने औद्योगिक उत्पादन, स्मार्ट होम प्रौद्योगिकियों के साथ-साथ मोटर वाहन उद्योग में व्यापक आवेदन पाया है। यह विभिन्न सेंसर और नियंत्रण उपकरणों को एक ही नेटवर्क में जोड़ने के लिए बहुत उपयुक्त है।
एक नियम के रूप में, एक CAN नेटवर्क एक बस-प्रकार नेटवर्क है जिसमें सभी नोड्स संचारित और डेटा प्राप्त कर सकते हैं।
इसकी कम गति है, लेकिन उच्च विश्वसनीयता है।

अगला, मैं सतही रूप से मानक का वर्णन करना चाहता हूं और व्यवहार में इस तरह के नेटवर्क के उपयोग के बारे में बात करता हूं।

मानक

मानक लिंक परत और भौतिक परत के लिए बुनियादी आवश्यकताओं का वर्णन करता है।
भौतिक स्तर पर मुख्य बात यह है कि बिट को " प्रमुख " और " आवर्ती " के रूप में प्रसारित किया जाना चाहिए। प्रमुख संकेत को एकता माना जाता है, और आवर्ती संकेत को शून्य माना जाता है। मुख्य आवश्यकता यह है कि एक ही समय में एक प्रमुख और आवर्ती संकेत प्रेषित करते समय, सभी नोड्स को एक प्रमुख संकेत प्राप्त करना होगा। मध्यस्थता तंत्र इस सिद्धांत पर आधारित है। यह इस प्रकार है कि विभिन्न मीडिया का उपयोग संचरण के लिए किया जा सकता है, लेकिन व्यवहार में, एक अंतर जोड़ी का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।

फ़्रेम में नेटवर्क ट्रांसमिशन होता है। मानक में दो प्रकार के फ्रेम होते हैं: मूल और उन्नत।
बेस फ्रेम में 11 बिट पहचानकर्ता होते हैं, और विस्तारित फ़्रेम में 29 बिट होते हैं। फ़्रेम में ट्रांसमिशन अनुरोध बिट, प्रेषित डेटा की लंबाई और स्वयं डेटा के बारे में जानकारी शामिल है। वे प्रति फ्रेम 0 से 8 बाइट्स पर कब्जा कर सकते हैं। फ़्रेम में कुछ सहायक जानकारी भी शामिल है, लेकिन प्रोग्रामर के लिए यह महत्वपूर्ण नहीं है, क्योंकि इसके अलावा नेटवर्क नियंत्रक में हार्डवेयर में लागू किया गया है।
प्रारंभ में, पहचानकर्ता किसी भी नोड से बंधे नहीं होते हैं और संदेश को चिह्नित करते हैं, और प्रेषक और प्राप्तकर्ता को नहीं। पहचानकर्ता संदेश की प्राथमिकता का भी संकेत देते हैं। प्राथमिकता पहचानकर्ता में प्रमुख बिट्स द्वारा निर्धारित की जाती है। तो 01000000000 की तुलना में 10000000000 अधिक प्राथमिकता है।

CAN का मुख्य लाभ इसकी विश्वसनीयता है। यह एक टक्कर रिज़ॉल्यूशन मैकेनिज़्म (ईथरनेट में टकराव का पता लगाने वाले तंत्र के विपरीत) का उपयोग करता है, जो आपको टक्करों के कारण बैंडविड्थ नहीं खोने देता है।
इसका सार इस तथ्य में निहित है कि प्रत्येक नोड नेटवर्क को सुनता है और, यदि यह मुफ़्त है, तो हस्तांतरण शुरू कर सकता है। इसी समय, वह नेटवर्क को सुनना जारी रखता है। यदि एक आवर्ती बिट भेजते हैं, तो एक प्रमुख एक प्राप्त होता है, तो एक उच्च प्राथमिकता के साथ एक और नोड एक ही समय में संचारित करना शुरू कर दिया है। इस स्थिति में, ट्रांसमिशन समाप्त हो जाता है।

इसके अलावा, त्रुटि का पता लगाने वाले तंत्र का उपयोग किया जाता है, जैसे ट्रांसमिशन कंट्रोल, पैडिंग बिट्स, एक चेकसम का उपयोग करना, और फ़ील्ड मानों की जांच करना। डेवलपर्स ट्रांसमिशन की त्रुटियों का पता लगाने में विफलता की संभावना का अनुमान 4.7 × 10-11 है।

यह मानक शीर्ष-स्तरीय प्रोटोकॉल का वर्णन नहीं करता है, इसलिए कई कार्यान्वयन बनाए गए हैं, दोनों वाणिज्यिक और खुले।
उनमें से सबसे प्रसिद्ध:
- कैनोपेन
- डिवाइसनेट
- कैन किंगडम

यह और मानक के बारे में और अधिक विस्तृत जानकारी इंटरनेट पर ढूंढना आसान है, इसलिए मैं अंत में कैनोपेन का वर्णन करने के लिए नीचे उतरता हूं।

CANopen

जैसा कि मैंने पहले ही लिखा था, एक बार मुझे माइक्रोकंट्रोलर्स का एक विश्वसनीय नेटवर्क बनाने की आवश्यकता थी। विकल्पों पर विचार करने के बाद, CAN नेटवर्क पर बने रहने का निर्णय लिया गया। Canopen को शीर्ष-स्तरीय प्रोटोकॉल और इसके कार्यान्वयन - CanopenNode के रूप में चुना गया था, क्योंकि यह मेरी ज़रूरत के डिवाइस पर पोर्ट करने के लिए खुला और आसान है। CANPLenNode को LGPL के तहत लाइसेंस प्राप्त है।

कैनोपेन प्रोटोकॉल की मुख्य विशेषताएं:
- प्रोटोकॉल मानक पहचानकर्ताओं के साथ काम करता है। एक नेटवर्क में 127 नोड तक हो सकते हैं।
- प्रत्येक नोड को एक अद्वितीय नेटवर्क नंबर दिया जाता है।
- प्रोटोकॉल को नेटवर्क मास्टर की उपस्थिति की आवश्यकता नहीं है (हालांकि, ऐसी विशेषताएं हैं जो नेटवर्क में केवल एक नोड के लिए उपलब्ध हैं, जिसे सशर्त रूप से मास्टर कहा जा सकता है)
- OD (Object Dictionary) - वस्तुओं का शब्दकोश। इसमें चर की एक सॉर्ट की गई सूची है, जिसे एसडीओ का उपयोग करके नेटवर्क पर पहुँचा जा सकता है।
- एसडीओ (सेवा डेटा ऑब्जेक्ट) - वस्तुओं के शब्दकोश तक पहुंचने के लिए एक तंत्र। नेटवर्क नोड की वस्तुओं तक पहुंचने के लिए, इस नोड पर एक तथाकथित एसडीओ सर्वर चलना चाहिए। नेटवर्क पर केवल एक एसडीओ क्लाइंट हो सकता है, जिसे पारंपरिक रूप से मास्टर कहा जाता है, जो किसी भी सर्वर से डेटा प्राप्त कर सकता है।
- पीडीओ (प्रोसेस डेटा ऑब्जेक्ट्स) - नोड्स के बीच त्वरित बातचीत के लिए ऑब्जेक्ट। इनमें 8 बाइट तक के डेटा हो सकते हैं और एक फ्रेम में प्रसारित होते हैं। प्रत्येक पीडीओ के लिए अपना स्वयं का पहचानकर्ता (एक निश्चित सीमा में) आवंटित किया जाता है। पीडीओ सशर्त रूप से इनकमिंग (आरपीडीओ) और आउटगोइंग (टीपीडीओ) में विभाजित हैं। प्रारंभ में, यह माना जाता है कि प्रत्येक नोड में 4 RPDO और 4 TPDO होंगे, हालांकि, उन्हें नोड्स के बीच पुनर्वितरित किया जा सकता है कि एक नोड 512 पीडीओ तक प्राप्त और संचारित कर सकेगा। हालांकि, इस मामले में अन्य नोड्स के लिए पर्याप्त पहचानकर्ता नहीं होंगे।
पीडीओ को टाइमर द्वारा, एक निश्चित घटना की घटना पर, या नियंत्रण कार्यक्रम से भेजने के लिए सीधे अनुरोध द्वारा भेजा जा सकता है।
- NMT (नेटवर्क मैनेजमेंट) - नेटवर्क मैनेजर। इस प्रकार के संदेश विभिन्न राज्यों में नोड्स का अनुवाद कर सकते हैं (आरंभीकरण, काम करना, पूर्व-काम करना, रोकना), और वे नेटवर्क ऑपरेशन की निगरानी करने में भी मदद करते हैं - दिल की धड़कन तंत्र।
- दिल की धड़कन - दिल की धड़कन के रूप में अनुवाद। तंत्र का सार यह है कि प्रत्येक नोड नेटवर्क के लिए एक विशिष्ट संदेश भेजता है जो प्रत्येक नोड के लिए अद्वितीय है (आईडी एक निश्चित संख्या में नेटवर्क में नोड संख्या जोड़कर प्राप्त की जाती है)। कोई भी नोड जो जानना चाहता है कि क्या विशिष्ट आईडी वाले नोड्स अभी भी सुलभ हैं, तो बस इन संदेशों को प्राप्त करना और संसाधित करना चाहिए। नोड्स से उसके बिना संदेश के संदेशों को अनदेखा किया जा सकता है।
- आपातकालीन संदेश - प्रोटोकॉल आपातकालीन संदेश भेजने के लिए प्रदान करता है।
- ईडीएस (इलेक्ट्रॉनिक डेटा शीट) - विशेष पाठ फाइलें जो आपको वस्तुओं के शब्दकोश को अनुकूलित करने की अनुमति देती हैं। ऐसे प्रोग्राम हैं जो ऐसी फ़ाइलों को बनाने में मदद करते हैं।

CANopenNode

CanopenNode microcontrollers में उपयोग के लिए शुद्ध C में लिखे गए Canopen प्रोटोकॉल का एक खुला कार्यान्वयन है।

अब मैं उन विशेषताओं का वर्णन करूंगा, जिन्हें मुझे कैनोपेनोड के साथ काम करते समय सामना करना पड़ा था।
1. मैंने 32-बिट कंट्रोलर का उपयोग किया है, और कैनोपेनकोड मूल रूप से 8/16 बिट के लिए लिखा गया था। इसके कारण, एक स्थान पर टाइमर पागल हो गया, क्योंकि अतिप्रवाह के बजाय और, परिणामस्वरूप, शून्य पर रीसेट करना जारी रहा, और दिल की धड़कन तंत्र में एक त्रुटि हुई कि सभी नोड्स एक नए दिल की धड़कन के लिए प्रतीक्षा समय को पार कर गए।
2. मेरा काम यह था कि मैं बड़ी मात्रा में डेटा ट्रांसफर कर सकता था। उसी समय, कई नियंत्रक इस डेटा को प्रसारित कर सकते थे, और बाकी इसे प्राप्त कर सकते थे। मुझे एसडीओ तंत्र को छोड़ना पड़ा (क्योंकि इसमें केवल एक नियंत्रक 8 बाइट्स से बड़ा डेटा भेजने में सक्षम होगा) और अपना स्वयं का एड-इन लिख सकता है, जिसने नियंत्रण सूचना के रूप में पीडीओ के पहले दो बाइट्स का उपयोग किया था।
3. पैराग्राफ दो से समाधान ने इस तथ्य को जन्म दिया कि मुझे सहभागिता में प्रतिभागियों की विशिष्ट पहचान करने की आवश्यकता थी, जो केवल पहचानकर्ताओं का उपयोग करके किया जा सकता है।
यह, शायद, काम में सबसे पतला क्षण था। यह "स्वामी" की संख्या को चार तक सीमित करने का निर्णय लिया गया था। इन चार नोड्स को इनपुट और आउटपुट के लिए 127 पीडीओ प्राप्त हुए। और शेष नोड्स ने 4 इनबाउंड और आउटबाउंड पीडीओ के साथ काम किया। इसके अलावा, पीडीओ पहचानकर्ताओं को वितरित किया गया था ताकि "दास" नोड्स में एक आउटगोइंग संदेश हो, जिसमें से प्रत्येक केवल एक विशिष्ट "मास्टर" और प्रत्येक "मास्टर" से एक आने वाले संदेश को पढ़े। स्वामी, क्रमशः, किसी भी "अनुयायी" से व्यक्तिगत रूप से संपर्क करने के लिए एक चैनल था और जानता था कि उनमें से कौन सा उससे संपर्क कर रहा है।
यह अवधारणा सबसे कठिन थी, यहां तक ​​कि उन मंचों पर भी जहां लोग CAN के साथ काम करते हैं, ऐसी धारणा है कि Canopen को इस तरह से कॉन्फ़िगर नहीं किया जा सकता है।
4. इस प्रोटोकॉल में पहचानकर्ताओं की सेटिंग कोड में होती है। इसके अलावा, नोड्स की आईडी जो एक विशेष नोड द्वारा पढ़ी और प्राप्त की जाएगी, उस पर निर्भर करती है। इसलिए, इस प्रोटोकॉल के लिए आईडी को बदलना मुश्किल लगता है और इसके लिए अतिरिक्त प्रयास की आवश्यकता होती है।

निष्कर्ष के रूप में

अंत में, मैं इस निष्कर्ष पर पहुंचा कि यह प्रोटोकॉल मेरे कार्य के साथ अच्छी तरह से फिट नहीं है और मुझे अपना स्वयं का कार्यान्वयन लिखना होगा। हालाँकि, जब मैंने इस प्रोटोकॉल को समझने में समय बिताया, तो मैं CAN नेटवर्क के साथ काम करने के सिद्धांतों को बेहतर तरीके से समझ पाया। यदि आपको जल्दी से एक काम करने वाला एप्लिकेशन प्राप्त करने की आवश्यकता है जो विश्वसनीय वितरण का पूरा लाभ उठाता है, यदि आप चाहते हैं कि आपका एप्लिकेशन कई मौजूदा प्रणालियों के साथ संगत हो, यदि आपको CAN नेटवर्क को डीबग करने के लिए तैयार-किए गए टूल की आवश्यकता है, तो Canopen एक बहुत अच्छा विकल्प है।

मुझे किसी भी प्रश्न का उत्तर देने, आलोचना और परिवर्धन को स्वीकार करने में खुशी होगी, और यदि कोई दिलचस्पी रखता है, तो मैं कुछ बिंदुओं पर और भी विस्तार से बता सकता हूं।
आपका ध्यान के लिए धन्यवाद!

कुछ कर सकते हैं संबंधित संसाधनों के लिए लिंक

www.can-cia.org - (अंग्रेजी) स्वचालन में अंतरराष्ट्रीय संगठन कर सकते हैं।
sourceforge.net/projects/canopennode - (eng।) कैनोपेननोड परियोजना

युपीडी:
मैं एक और दिलचस्प बिंदु जोड़ना भूल गया, जिसने मुझे कुछ समय के लिए गुमराह किया। मैंने अपने नेटवर्क को दो नियंत्रकों पर डीबग किया, जिसे मैंने सीधे कनेक्ट किया।
1. जब मैंने नियंत्रक में से एक को फ्लैश किया, तो दूसरे पर नेटवर्क त्रुटियों को उत्पन्न करना शुरू कर दिया (बल्ब अक्सर, अक्सर - कैनोपेन स्टैक में परिभाषित व्यवहार) फ्लैश करना शुरू कर दिया। नियंत्रक के सामान्य रिबूट के दौरान, ऐसा नहीं हुआ। शायद यह किसी विशेष नियंत्रक की विशिष्टता है, लेकिन सिर्फ मामले में, यह ध्यान में रखने योग्य है।
2. कैनोपेन प्रोटोकॉल को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि अगर एक विशिष्ट आईडी वाला संदेश दोबारा भेजे जाने से पहले नहीं भेजा गया, तो यह भी त्रुटि का कारण बनता है। इसके अलावा, प्रत्येक मेजबान हर सेकंड एक दिल की धड़कन संदेश भेजता है। इसलिए, भले ही आप कुछ भी न भेजें, फिर भी आप नेटवर्क त्रुटि प्राप्त कर सकते हैं।