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CANbus 協議適配與 JSON 規範轉換方案

閱讀時間約 4 分鐘

本文件針對 GU36_RACK 設備，說明如何將現有的 Modbus RTU JSON 規範轉換並套用於 CANbus (CAN 2.0B) 協議。

1. 協議核心差異分析

特性Modbus RTU (現有)CANbus (目標)
定址方式暫存器地址 (Register Address)CAN ID (Rack ID + Function + Info Code)
數據長度16-bit 暫存器為單位8-byte 數據幀 (Data Frame)
通訊機制主從式問答 (Request-Response)請求式觸發 + 多幀回應 (Multi-frame Response)
數據類型uint16, int32 (2 regs)uint24, uint16, int8, bit-field

2. CANbus ID 組成邏輯

根據協議文檔，CAN ID (Extended 29-bit) 的組成如下：

  • Rack Core-ID: Bit 18:12 (由撥碼開關決定，0x00~0x3F)

  • Function Code: Bit 11:7 (0x0C: 訪問, 0x0B: 回應)

  • Info Code: Bit 6:0 (0x00~0x7F)

轉換公式範例：若 Rack ID = 1：

  • Rack 資訊請求 ID: (1 << 12) | (0x0C << 7) | 0x02 = 0x1602

  • Pack N 資訊請求 ID: (1 << 12) | (0x0C << 7) | (N + 0x10)

3. 建議的 CANbus JSON 規範結構

為了讓 Web Serial API 能夠同時處理兩種協議，建議擴展現有的 JSON 格式，引入 can_id 與 frame_offset：

3.1 設備配置文件 (Device Profile)

{
    "device_profile": {
        "device_type": "GU36_RACK",
        "protocol": "CANBUS",
        "can_config": {
            "baud_rate": 500000,
            "id_type": "extended",
            "rack_id": 1
        }
    }
}

3.2 輪詢區塊 (Polling Blocks)

CANbus 需要先發送一個「請求幀」（如 0xA0...），隨後接收一系列以 0xB0, 0xB1 開頭的回應幀。

"polling_blocks": [
    {
        "name": "rack_info",
        "request_id": "0x1602",
        "request_data": "A010250100000000",
        "expected_frames": ["0xB0", "0xB1", "0xB2", "0xB3", "0xB4", "0xB5", "0xB6"],
        "delay_ms": 200
    }
]

由於 CAN 數據是按 Byte 排列的，我們需要指定 Frame ID (首字節) 與 Byte Offset。

Modbus 名稱Modbus 地址CAN 幀首字節CAN 字節位置數據類型
SoC0x00040xB0Byte 2uint8
Rack Voltage0x00000xB1Byte 2-4uint24
Rack Current0x00020xB2Byte 2-4int24

JSON 範例：

"uplink": {
    "rack_voltage": {
        "frame_id": "0xB1",
        "offset": 1,
        "data_type": "uint24",
        "scale": 0.001,
        "unit": "V"
    },
    "soc": {
        "frame_id": "0xB0",
        "offset": 1,
        "data_type": "uint8",
        "scale": 1.0,
        "unit": "%"
    }
}

4. 特殊數據處理說明

4.1 24-bit 數據解析

CANbus 協議中頻繁使用 24-bit (3 bytes) 表示電壓與電流，這在 JavaScript 中需要手動處理：

// 讀取 24-bit 無符號整數 (Little Endian)
function readUint24(data, offset) {
    return data[offset] | (data[offset + 1] << 8) | (data[offset + 2] << 16);
}

4.2 多幀狀態 (Flags) 解析

Modbus 將狀態放在 0x000A，而 CANbus 將 Flag 分散在 0xB3 到 0xB4 幀中。

  • Flag 1 (Status#2): 對應 0xB3 的 Byte 2。

  • 解決方式：在 JSON 中定義 bit_mask 來提取特定告警。

5. Web Serial API 實作建議

  1. SLCAN 封裝：Web Serial API 讀取的是串口流，需先將其轉換為 CAN 幀。
  • 發送請求：t16028A010250100000000\r
  • 接收回應：t15828B1AABBCC... (解析 B1 後的數據)

  1. 超時處理：CANbus 多幀回應可能因總線負載延遲，建議設定 500ms 的接收窗口以蒐集所有 0xB0~0xB7 幀後再統一解析。

  2. 過濾器設定：為了效能，應在硬體層級（若支援）或軟體層級過濾僅屬於該 Rack Core-ID 的回應 ID (0x1580~0x15FF)。

6. 結論

您的 Modbus JSON 規範可以透過增加 frame_id 與 offset 欄位完美適配 CANbus。核心邏輯在於將 Modbus 的「地址偏移」改為 CAN 的「幀偏移 + 字節偏移」。建議在 Web 端建立一個 ProtocolAdapter 類別，根據 protocol 欄位切換解析邏輯。

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