基于GD32F427VE与多个GD32F305RC的CAN通信开发板源程序工业冗余现场总线解决方案
本帖最后由 515192147 于 2024-12-4 10:18 编辑#申请原创#1. 概述：
工业现场总线是工业自动化的神经系统，速度一般在1MBPS左右，传送小数据包，通过屏蔽双绞线通信，传送距离远，接口成本低，抗干扰能力强，实时性好，目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。
CAN总线不是现场总线，CAN总线编程复杂，需对CAN包拆包、并包，对Id的过滤进行设置，并需对通信总线的负载、丢包(通信质量)进行监视管理，以及考虑怎样与用户的控制器交换数据；能封装这些功能的的CAN总线的高层协议是现场总线，如CANWeb、CANOpen、DeviceNet、J1939、ISO11783、CANKingdom、SDS、iCAN等CAN高层协议。
2. 国产GD32F系列芯片现场总线CANWeb方案介绍：
采用国产大厂兆易创新的芯片GD32F427VE（双CAN+以太网接口）及GD32F305RC（双CAN接口），CANWeb现场总线结合芯片CAN总线、以太网的优点，Web可视化调试，用于替代RS485通信，CANWeb节点价格与RS485类似，但速度、可靠性却天壤不同，CANWeb总线为双绞线串接通信，布线、接口成本低，总线可选冗余。
2.1. CANWeb现场总线冗余网络结构：
CANWeb现场总线结合CAN总线、以太网的优点，将节点管理功能和实时数据通信功能分离，Web监控节点通信负载及通信质量，Web调试节点(不需要控制器就可监控节点)及配置参数；不同于主从问答通信，CANWeb是触发小包通信，检测到节点信号变化即发送(通过对上传数据设置最大/最小周期，保证不变化的数据周期上传，变化频繁的数据不会堵塞总线的通信)，实时性更好，通信负载小；CANWeb节点价格与RS485类似，但速度、可靠性却天壤不同，CANWeb总线为屏蔽双绞线并接或光纤串接通信，布线、接口成本低，全部光电隔离设计，总线可选冗余、多主站，冗余总线可应用于高可靠的控制系统。
通信编程简单：CANWeb网关自动通过CAN总线与串接的多个(最多99)IO节点模块实时交换输入\输出数据，并将这些数据分配到CANWeb网关模块存储空间不同的地址中（用户不需要了解CAN协议，这些地址及实时数据可Web页面查看），用户只需与CANWeb网关模块的存储空间的实时数据进行通信，通过一、二个大数据包命令（如120个WORD的Modbus数据包），就可以监控多个不同的IO模块设备，用户不需要和数量众多(最多99)的IO模块直接通信。
通信协议丰富：CANWeb网关支持冗余的以太网及RS485_Modbus、Profibus DP、EtherCAT、PROFINET等协议，很容易和PLC、DCS、上位机等设备高速交换通信，提供与控制器及上位软件通信的说明及案例，并可以定制通信协议；支持云Modbus功能,可方便通过互联网与固定IP云服务器双向实时通信，契合当下最流行的“物联网”、“云计算”概念。
CANWeb主要有4类设备：CANWeb网关(CW_GW)、CANWeb中继器(CW_RP)、CANWeb节点(CW_ND/IO)、CANWeb节点网关(CW_NGW)，4类设备都已实现量产；
CANWeb冗余双网现场总线控制系统网络结构（共用）：
非冗余的现场总线一般只能用于非重要的现场信号的采集，在有控制输出(DO/AO)或有重要的信号测点需采集的现场总线控制系统中，国家标准都有严格的冗余配置现场总线及供电的设计要求及对应的严格测试验收规定；
冗余双网现场总线控制系统分3层：MMI层(人机界面)、控制器层、IO总线层
2.1b. CANWeb现场总线单CAN网络结构：
2.2. CANWeb网关模块（CNW_GW)：
采用GD32F427VE为主控芯片，芯片含2个CAN、一个以太网、6个串口，高达200Mhz主频，高达3M Flash，前512k Flash零等待，芯片的高性能、高稳定，远非国外类似芯片可比！！！
得益于GD32F427VE的优异性能，该方案主要有以下优势：
通过CANWeb网关的以太网Web页面，可视化完成节点管理功能：含节点列表管理、节点实时数据的监控、强制、远程重启、参数配置、实时自检(IO模块发包数、丢包数、发包间隔时间、实时负载、最大负载、最小负载、温度、断线)等功能；
实时数据通信功能：CANWeb网关可支持以太网及RS485_Modbus等协议，很容易和PLC、DCS、上位机等设备高速交换通信。
CANWeb网关自动通过CAN总线与串接的多个IO节点模块实时交换数据，并将这些数据分配到CANWeb网关模块存储空间不同的地址中（用户不需要了解CAN协议），用户只需与CANWeb网关模块通信，通过一、二个Modbus命令，就可以监控多个不同的IO模块设备。
CANWeb网关模块支持云Modbus功能，可方便通过互联网与固定IP云服务器双向实时通信，契合当下最流行的“物联网”、“云计算”概念。
上图为铝合金壳立式结构及安装示意图网关
上图为铝壳平放结构网关
2.3. CANWeb_IO模块(CNW_IO):
采样GD32F305RC为主控芯片，芯片含2个CAN、5个串口，高达120Mhz主频，高达3M Flash，前256k Flash零等待，芯片的高性价比及高稳定性特别适用于数量及品种繁多的IO模块产品。
CANWeb_IO模块配置2路光隔离CAN，常用的DI、DO、AI(mA/V、TC、RTD)、AO等类型，通过冗余CAN总线与CANWeb网关模块实时交换数据。
3. 基于GD32F系列芯片的现场总线开发板介绍：
为推广GD32F系列芯片的使用，我们推出基于GD32F系列芯片的现场总线开发板，开发板编程简单，无开发技术门槛，用户可在此开发板的PCB文件及Keil源程序基础上，只需调用几个函数就能轻松、快捷开发自己的CANWeb总线产品，如多通道DI、DO、AI、AO模块、温度、压力现场智能仪表、电动调节阀、电磁阀、电量表、RS485网关(可与RS485的设备通信) 等设备，并可通过网关的以太网Web页面可视化调试、配置 开发的总线产品；
开发板含：6DI(Dip)+6DO(Led)+1AI(旋钮)+1AO(Led电压输出)
开发板类型：
GD32F303RC CANWeb_IO开发板(单光隔CAN,64脚)
GD32F305RC CANWeb_IO开发板(双光隔冗余CAN,64脚)
GD32F427VE CANWeb_网关模块（光隔CAN+以太网）
3b. Web页面浏览：通过网关的网口可Web浏览所挂节点列表，下图为1个网关连接3个节点的列表：
标号9为为网关模块所带IO模块的列表；标号1为总的最小、最大、实时负载，总实时负载应小于总线速度的1/3；标号2为每个IO模块的最小、最大、实时负载；标号3为IO模块的向网关发送的CAN包数_STxCnt；标号4为IO模块的向网关发送的CAN包数与网关模块收到包数的差值_DltRcv标号5为IO模块的向网关发送的CAN包的间隔时间，单位为毫秒标号6为IO模块的的温度（IO模块需配 DS18B20温度传感器）标号7为IO模块的变量WORD数量配置正确与否标号8为IO模块的的通信正常与否注意：标号4_DltRcv正常运行应为定值，如持续变化，表示CAN通信有丢包，需检查通信线接线，调小网络CAN通信速度，或在CAN网络中增加个中继器标号1总实时负载如大于总线速度的1/3，可调大网络CAN通信速度、调大IO节点模块的MXPD/MNPD参数；
4. 国产GD32F系列芯片现场总线应用案例：
下图为1个大型电厂的温度采集系统，分2路CANWeb总线，每路带62个8路热电偶CNW_IO模块，共992个温度采集点,项目使用4片GD32F427VE、124片GD32F305RC芯片， 采集系统CAN总线冗余，网关模块冗余，通过2路冗余Profibus DP 送电厂DCS，数据刷新周期小于500毫秒。
支持“ 研电赛”，凭学生证 优惠 GD32F30x现场总线开发板套件，详细见：
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实际中，CAN总线节点数取决于硬件配置和环境干扰。
具体需结合芯片手册的电气特性说明 具体需结合芯片手册的电气特性说明 具体需结合芯片手册的电气特性说明 具体需结合芯片手册的电气特性说明 具体需结合芯片手册的电气特性说明 具体需结合芯片手册的电气特性说明 具体需结合芯片手册的电气特性说明 具体需结合芯片手册的电气特性说明 具体需结合芯片手册的电气特性说明 具体需结合芯片手册的电气特性说明 Pretext 发表于 2025-6-20 14:29
GD32F427VE为主控，GD32F305RC为从控，利用CAN总线实现工业冗余，确保数据稳定传输。
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GD的 芯片 还是比较 可靠的 软核硬核 发表于 2025-7-4 14:05
CAN总线以其高可靠性闻名，适用于需要稳定通信的场合。
冗余的CAN通信 是eVTOL飞行器控制系统中的必须具备的配置，核电厂及 大型火电厂 也必须要求冗余通信的 CAN总线以其高可靠性闻名，适用于需要稳定通信的场合。
Pretext 发表于 2025-6-20 14:29
GD32F427VE为主控，GD32F305RC为从控，利用CAN总线实现工业冗余，确保数据稳定传输。
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谢谢，冗余CANWeb 主要 用于 高可靠性要求的场合，如 大型电厂、核电站等 GD32F427VE为主控，GD32F305RC为从控，利用CAN总线实现工业冗余，确保数据稳定传输。
不想打补丁 发表于 2025-5-21 07:16
CAN是控制器局域网通信协议，而canweb是一个基于CAN的网络解决方案，两者都是用于通信的，但canweb更侧重于 ...
CAN总线价格便宜，抗干扰、实时性好，但开发编程复杂，需对CAN包拆包、并包，对Id的过滤进行设置，并需对通信总线的负载、丢包(通信质量)进行监视管理，以及考虑怎样快速与用户的控制器（DCS、PLC、计算机等）交换数据及方便监控调试总线节点的参数，CANWeb 主要 是 简化 CAN的 编程难度，是 CAN的一个高层协议 CAN总线确实因高可靠性而著称。
CAN是控制器局域网通信协议，而canweb是一个基于CAN的网络解决方案，两者都是用于通信的，但canweb更侧重于网络功能。
CAN总线就像一个交通规则，让多个单片机有序交流，传输数据快又稳。