如何实现总线之间数据的转换

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一、产品概述
SG_CAN_Modbus是一款用于CAN-Bus现场总线与RS-232总线或RS-485总线之间数据转换的协议型转换器，支持标准Modbus  RTU协议。集成1路RS-232通道、1路RS-485通道、1路CAN-Bus通道，可以方便地嵌入使用RS-232接口和RS-485接口的节点上，在不需要改变原有硬件结构的前提下使设备获得CAN-Bus通讯接口，实现RS-232或RS-485设备与CAN-Bus网络之间的连接及数据通讯。SG_CAN_Modbus的RS-232通道和RS-485通道支持多种常用波特率，范围是1200-115200bps。CAN-Bus通道支持多种常用CAN速率范围是5K-500Kbps。使用本公司提供的配置软件，用户可以灵活设置模块的转换参数。
二、规格特性
    实现CAN-Bus与RS-232/RS-485的双向数据通讯；
支持 CAN2.0A 和 CAN2.0B 协议，符合 ISO/DIS 11898 规范；
集成 1 路 CAN-bus 通讯接口，通讯速率在5K~500Kbps；
集成 1 路 RS-232和1路RS-485 通讯接口，通讯速率在 1200~115200bps；
支持三种数据转换方式：透明传输、带标志转换和Modbus协议转换，支持Modbus RTU协议，透明传输和带标志转换支持RS-232和CAN口，Modbus转换支持RS-485和CAN口；
电源：DC 9-24 V，典型值12V 50mA；
内置终端电阻，短接端口使能；
工作温度：-40℃ ～ 85℃。
性能参数：每秒转发7000字节（透明传输，RS-232接口115200bps，CAN接口500Kbps），内置21K接收缓冲区，保证大量突发数据不丢包。
三、外观与接口定义

VIN+、VIN-分别为电源的正负极；
Res1+和Res1-是CAN-Bus总线120欧姆终端电阻使能端，如果此节点需要120欧姆终端电阻则短路这两个端口即可，已内置120欧姆电阻；
CAN_H、CAN_L为CAN信号的连接端；
Res2+和Res2-是485总线120欧姆匹配电阻使能端，如果此节点需要120欧姆匹配电阻则短路这两个接口，已内置120欧姆电阻；
485_A、485_B为485信号的连接端，且已内置150K上下拉电阻；
STAND、MODE、SET为模式选择接口，短接MODE和SET并重新上电设备进入配置模式，短接MODE和STAND并重新上电设备进入收发模式；
RS-232接口使用DB9母头接口，接口定义如下

3.3指示灯说明

只有在有数据发送时灯才亮，时间很短，如果有数据连续发送会看到灯闪烁。
3.4接线说明
为了增强CAN-bus 通讯的可靠性，CAN-bus 总线网络的两个端点，通常要加入终端匹配电阻（120欧姆），也就是说如果设备工作在CAN-Bus终端则需要接入120欧姆终端电阻，此时只需短路Res1+和Res1-即可（120R电阻已内置）。
CAN通讯线可以使用双绞线、屏蔽双绞线。若通讯距离超过1KM时，应保证线的截面积大于1.0mm2。具体规格，应根据距离而定，常规是随距离的加长而适当加大。
RS-485是差分电平通信,在距离较长或速率较高时,线路存在回波干扰,此时需要在通信线路首末两端并联120欧姆匹配电阻，推荐在线路长度大于300米时,才考虑加匹配电阻。如需使用短路Res2+和Res2即可-。
四、软件说明
4.1软件参数



注意事项：
    软件会自动失能无关选项。
标准帧ID共11位范围0x001--0x7FF，扩展帧ID共29位范围0x00000000--0x1FFFFFFF。
串行帧用两个字节（16位）中低11位表示标准帧，用四个字节（32位）中低29位表示扩展帧。
透明传输模式下如果使能了“允许CAN帧ID转发到串行帧”，当CAN通道收到标准帧会把ID转成两个字节，收到扩展帧会把ID转为四个字节。建议在同时接收标准帧和扩展帧的情况下如果使能了“允许CAN帧ID转发到串行帧”则同时使能“允许CAN帧信息转发到串行帧”。
带标志转换模式下会把串行帧相应ID位字节转为CAN发送字节，同时把CAN通道收到的CAN帧ID转发到相应位置。建议如果接收扩展帧请把ID长度设置为4个字节长度，否则ID可能出错，详见后面转换方式。
Modbus转换模式下会把485通道收到每帧第一个字节（即地址）作为CAN发送ID，相应的把CAN通道收到的CAN帧ID最低8位（一个字节）作为Modbus应答帧第一个字节（地址）。
帧间隔用来确定232通道或者485通道一帧数据是否发完，当连续超过帧间隔时间没有收到下一字节即可认为一帧结束。帧间隔单位是在设定波特率下一个字节时长。根据Modbus RTU传输协议，在波特率不大于19200的情况下帧间隔固定3.5个字节时长，大于19200时按固定时长1.75ms（因为中间一般有很多中断要处理）作为一帧间隔。故，本设备三种转换模式也参照此协议，即(帧间隔÷波特率)要不小于(3.5÷19200)。
4.2配置说明
在使用本产品之前需要先通过配置软件配置好收发模式和参数，否则软件会按最近一次配置模式进行工作。
配置时短接SET和MODE端，通过USB转串口线连接电脑和设备的232接口并重新上电，打开配置软件选择设备型号为CAN网关，选择串口并打开然后进行参数设定。
设置好参数点击配置即可把配置信息写入设备，之后软件会提示是否配置成功。
五、转换方式
5.1透明传输
5.1.1串行帧到CAN通道
设备以PC端软件配置好的CAN帧类型和ID作为CAN发送的类型和ID，不断转发RS-232接口接收到的数据。
当232接口收到连续8个字节或者不够8个字节但一帧结束会立即转发到CAN总线，即如果一帧串口数据多于8个字节则每次发送8个字节直到最后一段不足8个字节，如果一帧串口数据少于8个字节则一次发完。

串行帧转CAN帧信息用户不用管，里面包含了帧信息（标准帧还是扩展帧）以及数据字节长度；帧ID是由用户在软件配置的，下次配置之前永远保持不变。
5.1.2 CAN通道到串行帧
当CAN总线收到一帧CAN信息（一帧CAN数据小于等于8个字节）会立即转发到232接口。如果使能了“CAN帧信息发送到串行帧”则会把帧信息填充在第一个字节，如果使能了“CAN帧ID发送到串行帧”则会把帧信息填充在之后的2（标准帧）或4（扩展帧）个字节，之后填充数据。

5.2带标志转换
5.2.1 串行帧到CAN通道
带标志转换可以通过配置软件指定CAN发送时的ID类型，在串行帧第几个字节开始（从0开始）、ID长度是多少（1-4）。
232接口收到一帧串行数据会根据上述配置取出ID的并以此作为CAN发送ID发送这一帧串行数据。
带标志转换同样是边收边转发，只要232接口收到这帧已经包含的完整ID并且数据够了8个字节或一帧结束就立即转发。

如上表格：配置为带标志转换模式，以标准帧发送，ID长度为2，ID从第2字节开始(从0开始计数)。只要232接口收到前4个字节就确定了ID，收完了前10个字节就开始发送了，之后每收8个字节就发送，直到这一帧发完。下一帧串行帧收到4个字节之后重新设置发送ID。
注意事项：串行帧中ID长度与CAN发送ID对应关系

5.2.2 CAN通道到串行帧
当CAN收到一帧数据也会立即转发到232接口，同时会在相应位置填充CAN帧ID，因为串行帧格式原因，所以务必保证软件配置的CAN信息（CAN类型、ID长度）与CAN网络一致。

5.3 Modbus转换
Modbus转CAN模式中设备并不作为Modbus主站或者从站，只负责把Modbus帧通过CAN发送出去，另一个使用相同协议的设备还原Modbus并把应答Modbus帧发到CAN网络。
RS-485采用标准Modbus RTU协议，所以用户在软件配置时务必确保设置是否符合Modbus RTU协议。
Modbus RTU协议对规定，数据格式为1位起始位，8位数据位，1位停止位，偶校验（也可以奇校验或者无校验，如果无校验则把停止位设为两位），CRC16Modbus校验，Modbus一帧最长为256字节。
设备收到完整一帧Modbus会进行CRC校验，如果没有错误会把这条Modbus帧通过CAN发送到CAN网络，但不会发送最后两个字节的CRC，因为CAN可靠性非常高，出错概率极低。当设备从CAN通道收到完整一帧Modbus之后会自动加上CRC校验然后通过RS-485发送出去。
5.3.1 RS-485通道到CAN通道
Modbus转CAN与前两种转换方式不同，只有在收到完整一帧Modbus之后，设备才会把Modbus第一字节（地址字节）作为CAN发送ID，通过如下分段方式进行拆包然后完成CAN通道的转发。因为一帧CAN帧最多携带8个数据，为了能在另一端正确地完成对一帧Modbus的拼接故参考DeviceNet（一个CAN应用层协议）分段报文传送协议进行拆包，然后通过CAN通道发送，在另一端按此协议重组。
因为Modbus转换模式下只有在收到完整一帧Modbus数据才会转发，且根据Modbus协议，Modbus是“问答”型协议，所以要等待另一端响应之后才能发送下一阵Modbus数据，或者超时无应答也可以再次发送。如果发送频率过快，“问完没答”就发下一针可能造成数据丢失或数据错误。
分段拆包格式如下：

分段标记：0单独报文，1分段报文中的一段；
分段类型：0第一个分段，1中间分段，2最后分段
分段计数器：每一段的标志，该段在整个报文中的序号0-31
5.3.2 CAN通道到RS-485通道
设备把CAN通道收上来的CAN帧按拆包规则逆向组合，之后在最后加上两个字节CRC之后通过RS-485通道发送出去