Двадцать лет CIA 401

Рис. 1. Eaton XN300, поставляется с интерфейсом, совместимым с CiA 401

Стандарт CiA 401 — CANopen-профиль для модулей ввода/вывода общего назначения, определяющий цифровые и аналоговые устройства ввода/вывода, — был выпущен в 1996 г., и его до сих пор используют производители. Примеры устройств, совместимых с CiA 401, представлены на рис. 1 и 2. Планы на будущее CiA 401 включают в себя отображение для 64-байтовых объектов данных процесса PDO (англ. PDO – process data object), повышение уровня оперативной совместимости и реализацию требований по надежности и безопасности.

Данный профиль спецификации для CAN в автоматизации (CiA – CAN in Automation) был разработан в рамках проекта Европейской стратегической программы по научным исследованиям в области информационных технологий ESPRIT (European Strategic Program on Research in Information Technology) как развитие коммуникационного профиля на основе CAL (CAL – CAN Application Layer, прикладной уровень CAN, англ. – Controller Area Network). Профиль для устройств модульного ввода/вывода (I/O) изначально был выпущен для внутренних целей в виде версии 1.3 и после передачи CiA для дальнейшего развития и технической поддержки использовался несколькими компаниями. В то время члены общества CiA редактировали спецификации протокола и сегодня по-прежнему продолжают повышать его оперативную совместимость.

Описание в CiA поддерживает различные разрядности цифрового ввода/вывода. Помимо обязательного 8-разрядного процесса обработки данных, был специфицирован 16-битный и 32-битный доступ, а также и побитовый доступ. Для аналогового ввода/вывода профиль может обеспечивать 16-битное разрешение (обязательно), 32-битное, с плавающей точкой, а также конкретные типы представления данных, определенные производителем.

Объекты данных процесса PDO

В версии 1.4 можно было задать только два объекта данных процесса (PDO), а в версии 2.0 использовались уже предопределенные PDO. Соответственно, первые передающие PDO цифровые входы получили цифровые выходы, в то время как остальные три PDO содержат значения уровней четырех аналоговых входов/выходов. В случае возникшей необходимости иных решений, то есть других возможностей портов ввода/вывода, нужно было, чтобы устройства были соответствующим образом сконфигурированы. Чтобы избежать этого, в CiA 401 версии 3.0 был введен «M»-битовый тип устройства (индекс 1000h) в объекте, который свидетельствует о том, что реализуется определенное производителем отображение PDO.

Начиная с версии 3.1 профиль CiA 401 разделяется на две части. Первая часть определяет общие модули ввода/вывода, а вторая описывает несколько реализаций джойстика с выделенными отображениями PDO и некоторых конкретных параметров. Существуют также CiA 852, предлагаемый для базирующихся на CiA 401 сред оператора с функциональностью человеко-машинного интерфейса, разработанных для строительных и горных машин. Тем не менее этой рекомендации следуют довольно редко. Общий профиль CiA 401 так и остается одной из наиболее часто используемых и реализуемых на практике спецификаций ввода/вывода. Вторая часть CiA 401 уже улучшена, и теперь она определяет дополнительные отображения PDO-джойстика.

В настоящее время на рынке представлено много модульных CANopen-устройств ввода/вывода и еще больше устройств с имплементацией CiA 401. Некоторые из этих имплементацией, таких как, например, устройств ввода/вывода в IP65-корпусах, весьма специфичны. Многие из поставщиков систем CANopen для строительных машин и транспортных средств повышенной проходимости используют модули ввода/вывода, совместимые с CiA 401. Имеется также совместимое с CiA 401 предварительно запрограммированное программное обеспечение для микроконтроллеров. Эти микросхемы ввода/вывода предназначены для упрощения конструкции устройства ввода/вывода модулей CANopen.

Рис. 2. Разработанное компанией Selectron устройство Smartio, предназначенное для применения в железнодорожном транспорте, совместимо с CiA 401

Будущее CiA 401

Хотя возраст CiA 401 и составляет уже двадцать лет, некоторые его усовершенствования еще находятся в стадии разработки. Отображение PDO будет обновляться за счет более длинных кадров данных (до 64 байтов), предоставляемых на канальном уровне передачи данных CAN FD. Существуют также требования по улучшению взаимодействия между хост-контроллерами и модулями CiA 401, которые могут быть достигнуты с помощью классов устройств, использующих отображения, выделенные в CiA 852. Другим вариантом является сочетание аналогового и цифрового ввода/вывода данных в заранее определенных PDO. Члены CiA также обсуждают добавление функциональных возможностей для обеспечения более высокой надежности и безопасности удаленных PDO.

Стандарт CiA 401 для устройств модульного ввода/вывода (I/O) был выпущен в виде внутренней версии 1.3 в 1996 году. В настоящее время на рынке имеется много модульных устройств ввода/вывода CANopen и еще больше имплементаций CiA 401, предназначенных для конкретных приложений, таких как микроконтроллеры.
Планы на будущее относительно развития CiA 401 включают в себя обновление отображения PDO для размещения кадров данных в 64 байта, а также предоставляемые на канальном уровне связи CAN FD.