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DeviceNet

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DeviceNet
管理机构开放DeviceNet厂商协会（ODVA）
通讯协定资料
网络种类设备网络、程序控制

DeviceNet是一种用在自动化技术的现场总线标准，由美国的Allen-Bradley公司在1994年开发。DeviceNet使用控制器局域网络（CAN）为其底层的通讯协定，其应用层有针对不同设备所定义的行规（profile）。主要的应用包括资讯交换、安全设备及大型控制系统[1][2]。在美国的市场占有率较高[3]。

DeviceNet由开放DeviceNet厂商协会（英语：Open DeviceNet Vendors Association）（Open DeviceNet Vendors Association，ODVA）所维护，是该协会的通用工业协定（Common Industrial Protocol）中的一部分。

历史

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DeviceNet通讯协定是由美国的Allen-Bradley公司（后来被洛克威尔自动化公司合并）所开发，以Bosch公司开发的控制器局域网络（CAN）为其通讯协定的基础[4]。DeviceNet移植了来自ControlNet（另一个由Allen-Bradley公司开发的通讯协定）的技术，再配合控制器局域网络的使用，因此其成本较传统以RS-485为基础的通讯协定要低，但又可以有较好的强健性。

为了要推展DeviceNet在世界各地的使用，洛克威尔公司决定将此技术分享给其他厂商。后来DeviceNet通讯协定是由位在美国的独立组织开放DeviceNet厂商协会（ODVA）管理。ODVA维护DeviceNet的规格、也提供一致化测试（英语：conformance testing）），确保厂商的产品符合DeviceNet通讯协定的规格。[4]

后来ODVA将DeviceNet通讯和其他相关的通讯协定整合成通用工业协定（CIP），其中包括以下的通讯协定

技术简介

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  1. 定义OSI模型七层架构中的物理层、数据链路层及应用层
  2. 网络中除了信号外，也包括电源，支援网络自供电机能（一般用在小型的设备中，如光电监测器、限位开关或近接开关等）[2]
  3. 允许三种比特率：125 kbit/s、250 kbit/s及500 kbit/s，不同比特率下的主干线（trunk）长度和比特率成反比
  4. 网络中可以使用扁平电缆
  5. 单一网络中最多可以有64个节点，节点地址（在DeviceNet中称为MAC ID）由0到63
  6. 有重复节点地址侦测的功能
  7. 支援主站－从站（master-slave）及端对端（peer-to-peer）通讯架构，不过大部分的设备是在前者的网络架构下运作
  8. 允许单一网络中多重主站的功能
  9. 可以在高噪声的环境下使用

架构

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物理层

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DeviceNet网络使用干线（trunkline）-分支线（dropline）的网络拓扑，允许在网络中使用分接头，一方面简化配线及存取网络。而且要从网络中加入或移除设备都相当简单，减少生产线停机及除错的时间，提高网络的灵活性。[5]

DeviceNet提供125 kbit/s、250 kbit/s及500 kbit/s三种不同的资料传输速度。依使用的通讯线种类不同，DeviceNet允许的通讯线长度也有所不同，若使用圆的粗电缆，通讯线长度最长可以到500米，一般的圆电缆长度可以到100米，扁平型的电缆在比特率125 kbit/s时可以到380米，500 kbit/s时则只能到75米。

数据链路层

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DeviceNet使用控制器局域网络（CAN）为其数据链路层。CAN是一种差动的串列总线，其低成本及高干扰性为其优点[3]。CAN的每一个讯息都有其对应的讯息标识符，讯息标识符可用来决定不同讯息的优先级，网络上的设备也根据讯息标识符来判断是否需处理此一讯息。DeviceNet使用讯息标识符为11位元的CAN 2.0A，CAN资料帧的格式如下 

1 Bit = >幀啟始位元
11 Bits = >訊息標識符（ID）
1 Bit = >遠程需求（RTR）位元
6 Bits = >控制欄位
0-8 Bytes = >資料欄位
15 Bits = > CRC序列
1 Bit = > CRC分隔位元
1 Bit = >確認（ACK）位元
1 Bit = >確認分隔位元
7 Bits = >幀結束
>2 Bits = >幀間隔

在送出资讯帧时会先送出帧启始位元进行同步，讯息标识符及远程需求位元会用来决定讯息的优先权，CAN使用CSMA的技术，在网络空闲时，任何设备都可以试图送出资料上传，在送出资料时，设备也会同步确认网络上资料和送出资料是否一致，此作法可以避免多台设备同时试图送出资料，也可以验证送出资料的正确性。在二台或多台设备同时试图送出资料时，会利用讯息标识符及远程需求位元进行位元仲裁（Bitwise Arbitration），上述资料最小的讯息有优先权，可以继续传送，其他设备则会停止送出讯息，其到网络空闲时才会再次送出资料。

后面的六个位元为控制栏位，其中二个位元固定，后面四个位元标示实际资料的长度。资料栏位中则为实际的资料，长度可以由0到8个个字节不等，需和控制栏位中标示的长度一致。在资料栏位后面的是15个位元循环冗余校验（CRC）栏位，可以在收到资料时确认资料是否正确。CAN提供了许多错误检查及故障隔离（fault confinement）的机制，适合噪声较大的环境下使用。

应用层

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DeviceNet是一个以连接（connection）概念为基础的通讯协定[6]，若要与一设备通讯，就需要和设备建立连接，可以透过未连接讯息管理器（UCMM）和未连接埠来建立连接，之后就可以和此设备进行通讯。设备借由连接可以传送或接收显式（Explicit）讯息及I/O讯息。

显式讯息的资料包括有资料及协议内容，一般会用请求/应答的方式进行。典型的显式讯息包括组态资料及对没有及时性要求的资料。I/O讯息也称为隐式（imlicit）讯息，一般都是有及时性要求的资料，资料中不包含通讯协议，因此传送端及接收端都需事先知道讯息中资料的定义，其优点是通讯的效率较高。在DeviceNet中，二个设备要建立隐式讯息连接之前，需要先透及用显式讯息进行设定，只要连结设定完成，即可透过CAN识别符将讯息传送给对应的节点。

一致性测试

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DeviceNet设备的制造商可透过一致性测试，宣告其产品和DevicNet规范相容。ODVA在全球有三个独立的测试实验室，制造商可将其产品送交进行认证。[7]

厂商在进行一致性测试前，需向ODVA进行注册供应商，索取供应商ID，再购买DeviceNet规范及一致性测试的软件及对应的硬件界面卡。厂商可以自行测试其DeviceNet产品，在自行测试完成后提交ODVA的测试实验室再作验证。若验证未通过，厂商需再进行修改及测试，直到通过测试实验室的独立验证为止。

参见

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外部链接

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参考资料

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  1. ^ 存档副本. [2011-03-22]. （原始内容存档于2008-07-02）.  Controller Area Network Solutions FAQ (Frequently Asked Questions).
  2. ^ 2.0 2.1 [1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）, DeviceNet Technology Overview.
  3. ^ 3.0 3.1 存档副本. [2011-03-30]. （原始内容存档于2011-01-22）.  CAN协议及其高层协议DeviceNet和CANopen的比较
  4. ^ 4.0 4.1 存档副本. [2011-03-22]. （原始内容存档于2008-07-02）.  Controller Area Network Solutions FAQ (Frequently Asked Questions)], What is DeviceNet?
  5. ^ "DeviceNet Technical Overview" （页面存档备份，存于互联网档案馆） from Open DeviceNet Vendor Association, Inc.（ODVA）
  6. ^ 张戟、程旻、谢剑英. 《基於現場總線DeviceNet的智能設備開發指南》. 西安电子科技大学出版社. 2004. ISBN 7-5606-1388-8. 
  7. ^ 李正军. 《現場總線及其應用技術》. 机械工业出版社. 2005: p482. ISBN 7-111-15510-6. 
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