CANopen合约协议讲解

根据DS301的内容进行介绍

1、CAN总线

CAN标准报文

2、CANopen应用层协议

CANopen 协议不针对某种特别的应用对象，具有较高的配置灵活性，高数据传输能力，较低的实现复杂度。同时，CANopen 完全基于CAN 标准报文格式，而无需扩展报文的支持，最多支持127个节点，并且协议开源。

一个标准的CANopen 节点（下图），在数据链路层之上，添加了应用层。该应用层一般由软件实现，和控制算法共同运行在实时处理单元内。

一个标准的CANopen 节点

CANopen 应用层协议细化了CAN 总线协议中关于标识符的定义。定义标准报文的11 比特标识符中高4 比特为功能码，后7 比特为节点号，重命名为通讯对象标识符（COB-ID）。功能码将所有的报文分为7个优先级，按照优先级从高至低依次为：

网络命令报文（NMT）

同步报文（SYNC）

紧急报文（EMERGENCY）

时间戳（TIME）

过程数据对象（PDO）

服务数据对象（SDO）

节点状态报文（NMT Err Control）

7 位的节点号则表明CANopen 网络最多可支持127个节点共存（0 号节点为主站）。

下表给出了各报文的COB-ID 范围。

NMT 命令为最高优先级报文，由CANopen 主站发出，用以更改从节点的运行状态。

SYNC 报文定期由CANopen 主站发出，所有的同步PDO 根据SYNC报文发送。

EMERGENCY报文由出现紧急状态的从节点发出，任何具备紧急事件监控与处理能力的节点会接收并处理紧急报文。

TIME 报文由CANopen 主站发出，用于同步所有从站的内部时钟。

PDO 分为4 对发送和接收PDO，每一个节点默认拥有4对发送PDO 和接收PDO，用于过程数据的传递。

SDO 分为发送SDO 和接收SDO，用于读写对象字典。

MT Error Control报文由从节点发出，用以监测从节点的运行状态。

状态机

CANopen 的每一个节点都维护了一个状态机。该状态机的状态决定了该节点当前支持的通讯方式以及节点行为。

初始化时，节点将自动设置自身参数和CANopen 对象字典，发出节点启动报文，并不接收任何网络报文。

初始化完成后，自动进入预运行状态。在该状态，节点等待主站的网络命令，接收主站的配置请求，因此可以接收和发送除了PDO 以外的所有报文。

运行状态为节点的正常工作状态，接收并发送所有通讯报文。

停止状态为一种临时状态，只能接收主站的网络命令，以恢复运行或者重新启动。

CANopen节点状态转换图

CANopen节点状态转换条件

3、Device Model

Communication 提供通信对象和传输经过底层的数据的适当功能；

Object Dictionary 对此设备上的应用程序对象，通信对象和状态机的行为有影响的所有数据项的集合。

Application 由在处理环境方面的设备功能组成。

设备应用在数据条目中的完整描述在对象字典中叫设备子文件（device profile）

4、OD

每个节点维护一个对象字典（Object Dictionary, OD）。该对象字典保存了节点信息、通讯参数和所有的过程数据，是CANopen 节点的核心数据结构。上层应用程序也主要通过读写对象字典和CANopen 应用层进行交互。

CANopen 对象字典为两级数组结构，通过索引（16bits）和子索引（8bits）来编址。设备子文件中最重要的就是对象字典的描述，对象字典在slave节点中一般是在设备初始化写好的不会修改，而在master节点中可以在运行过程中动态修改，不修改的OD一般存在ROM中，而修改的存在RAM中。

由于它是由16bits的位索引，所以最多有65536个entries.

根据节点所支持的通讯方式，每一个节点都必须实现1000h~1FFFh 当中的一个必要子集，同时实现6000h 以上部分的数据区。数据区大小由节点的功能自行决定。1000h 以下部分所有的节点都不需实现。

对象字典作为在CAN总线上连接application和通信的媒介，其允许来自application数据在CAN 网络上进行交换。CANopen定义了可以进入对象字典的服务和通信对象。每一个入口通过索引和子索引来编址。在一个主索引里中的子索引入口的类型和属性可能会变化。

5、PDO

数据处理对象(PDO) 特别适合快速的数据处理传输。通信模块针对这些数据

处理对象定义了一个PDO producer 和一个或多个PDO consumers。

PDO的传输是由事件触发的，这样的事件可以是代表一个PDO变量的变化；可

以是时间的过期或者是接收到一个特定的消息。

过程数据直接在一个CAN消息中传输而不需要协议头文件。一个PDO的长度是在0到8个字节之间。

PDOs包含在其映射参数和通信参数中。TPDOs 和RPDOs的最大的数可以被定义为512。

一个简单的CANopen设备一般支持4个PDOs。实际当中，对一个具体的CANopen 设备而言，其PDOs的个数由应用层或设备profile来决定的。

3.1PDO的结构—映射参数

在对象词典中一个PDO由临近的条目构成。所谓的映射参数定义了这些条目的连接。一个映射参数通过索引、分索引和位数定义数据源。

例如：

一个CAN消息最多有8个字节。这意味着当使用一个PDO时，在一个PDO中发送

8个字典的对象条目。

3.2PDO的结构—通信参数

为了传输一个PDO，通信参数定义了传输的性质和CAN标识符(CAN identifier)。

PDO通信参数是在对象词典的条目

(RPDOs: index 0x1400–0x15FF,TPDOs: 0x1800-0x19FF)

如果允许，映射参数在数据服务对象帮助下可以通过CAN修改。