DeviceNet技术规范简介

随着DeviceNet在各种领域的应用和推广，对其标准化也提出了更高的要求，ODVA制定并管理着设备网规范，作为真正开放性的网络标准，ODVA还不断地对设备网规范进行补充、修订，使更多的现场设备能够作为标准设备接入到DeviceNet上来。

DeviceNet遵从OSI模型，按照OSI基准模型，DeviceNet网络结构化分为3层：物理层、数据链路层和应用层，数据链路层又划分为逻辑链路控制（Logic Link Contro1，LLC）和媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）两个子层，物理层下面还定义了传输的物理媒体。

设备网建立在CAN协议的基础之上。但CAN仅规定了OSI模型中物理层和数据链路层的一部分，DeviceNet沿用了CAN协议标准所规定的总线网络的物理层和数据链路层，并补充定义了不同的报文格式、总线访问仲裁规则及故障检测和故障隔离的方法。而DeviceNet应用层规范则定义了传输数据的语法和语义。简单地说，CAN定义了数据传送方式，而设备网应用层又补充了传送数据的意义。对应于OSI网络协议7层模型的第1，2，7层。其关系如图5-21所示。

图5-21 基于CAN的DeviceNet协议分层结构

（1）DeviceNet的物理层和物理媒体

设备网物理层规范定义了设备网的总线拓扑结构以及网络元件，具体包括接地、粗缆和细缆混合结构、网络端接和电源分配。设备网所采用的典型拓扑结构是干线-分支方式。线缆包括粗缆（多用作干线）和细缆（多用于分支线），总线线缆中包括24V直流电源和信号线，两组双绞线以及信号屏蔽线。在设备连接方式上，可以灵活选用开放/封装端头两种形式。网络供电采取分布式方式，支持冗余结构。总线支持有源和无源设备。对于有源设备，提供专门设计的带有光隔离的收发器。图5-22是一个典型设备网的拓扑结构图。

图5-22 典型设备网的拓扑结构图

设备网提供125/250/500kbit/s三种可选的通信波特率，最大拓扑距离为500m，每个网络段最大可达64个节点。波特率、线缆类型、拓扑距离之间的对应关系见表5-11。(www.xing528.com)

表5-11 DeviceNet总线系统的支干线最大长度

（2）DeviceNet与CAN

DeviceNet的数据链路层完全遵循CAN规范的定义，并通过CAN控制器芯片实现。CAN规范定义总线数值为两种互补逻辑数值之一：“显性”（逻辑0）和“隐性”（逻辑1）。任何发送设备都可以驱动总线为“显性”，当“显性”和“隐性”位同时发送时，最后总线数值将为“显性”，仅当总线空闲或“隐性”位期间，发送“隐性”状态。

CAN定义了4种帧格式，分别是数据帧、远程帧、超载帧和出错帧。在DeviceNet上传输数据采用的是数据帧格式，远程帧帧格式在DeviceNet中没有被使用。数据帧的格式如图5-23所示。

图5-23 CAN协议数据帧格式

在总线空闲时每个节点都可以尝试发送，但如果多于两个的节点开始发送，发送权的竞争需要通过标识符位仲裁来解决。设备网采用非破坏性逐位仲裁（Non-destructive Bit-wise Arbitration）的方法解决共享介质总线访问冲突问题。网络上每个节点拥有一个唯一的标识符，这个标识符的值决定了总线冲突仲裁时优先级的大小。当多个节点同时向总线发送信息时，标识符小的节点在总线冲突仲裁中作为获胜的一方可不受影响地继续传输数据，而标识符大的节点会主动地退出发送，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。这种机制保证了总线上的信息不会丢失，网络带宽也得到最大限度的利用。

数据帧每帧信息都有CRC校验和其他校验措施，数据传输误码率极低，有严重故障的节点可自动从网络上切除，以保持网络正常运行。