CANOpen协议家族

CANOpen协议族入门学习笔记CANOPEN 2010-11-07 16:52:57
当我们使用CANOpen时，首先要明确我们
CANOPEN能干什么?
要用canopen干什么？
怎么用canopen来干活？ CANOPEN能干什么?
首先需要明确canopen各个协议的功能，兄弟我最近在学习中大概总结了一些提纲如下：
canopen分为两种协议类型：
1)基础题，应用层和通信层规范，主要是3xx系列的规范
2)解应用题，相当于用基础科目解应用题的一些套路，4xx系列规范
一般来讲，CANopen协议集定义了基于CAN的分布式工业自动化系统的应用标准以及CAN应用层通信标准。

CANopen是CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一，并且在发布后不久就获得了广泛的承认。

尤其是在欧洲，CANopen被认为是在基于CAN的工业系统中占领导地位的标准。

CANopen协议集基于所谓的"通信子集"，该子集规定了基本的通信机制及其特性。

cAN物理层和数据链路层协议最初开发用作客车的车载网络。

基于CAN的高层协议定义了如何根据特定的应用要求来使用CAN数据链路协议。

除专用的基于CAN的高层协议外，还有多个国际标准化协议：用于嵌入式控制系统的CANopen、
用于工厂自动化的DeviceNet、用于卡车和其它车辆的基于J1939的解决方案(J1939-71、Isobus、ISO 11992、CiA 501/2)、用于客车诊断的ISO 15765。

分解学习CANOPEN
基础题类的3xx，等效于课本和字典，看个大概，用的时候再翻查也不迟，反正是开卷考试。

最重要的莫过于301这个协议了，所有的应用题都是在这个基础题上的变化，国内的资料基本上都是讲解这部分，出于偷懒，我就不多讲了。

应用题类：既然是应用题，我把cia中文网站上的一些资料copy过来，作为我的纲要
CiA 401: 针对通用I/O模块的设备规范
CiA 402: 针对驱动装置和运动控制装置(伺服控制器、步进式电机控制器、
变频器)的设备规范
CiA 404: 针对测量设备和闭环回路控制器的设备规范
CiA 406: 针对编码器(旋转和线性)的设备规范
CiA 408: 针对比例阀和液压传动装置的设备规范
CiA 410: 针对倾斜仪的设备规范
CiA 412: 针对医疗设备(例如，准直仪、剂量计)的设备规范集
CiA 413: 针对卡车网关的设备规范集
CiA 414: 针对织机(例如，进料器)的设备规范集
CiA 415: 针对筑路机械传感器的应用规范
CiA 416: 针对建筑门控制系统的应用规范
CiA 417: 针对电梯控制系统的应用规范
CiA 418: 针对蓄电池模块的设备规范
CiA 419: 针对蓄电池充电器的设备规范
CiA 420: 针对挤压机下游设备的设备规范集
CiA 421: 针对列车车辆控制网络(车辆子级的集成平台)的应用规范
CiA 422: 针对市政车辆(例如，垃圾车)的应用规范
CiA 423: 针对动力驱动系统(例如，柴油机)的应用规范
CiA 424: 针对轨道车辆车门控制系统的应用规范
CiA 425: 针对医疗附加设备(例如，造影剂注射器)的设备规范集
CiA 426: 针对外部轨道车辆照明装置的应用规范
CiA 430: 针对辅助轨道车辆设备(例如，冷却风扇、发动机预热装置)的应用规范
CiA 433: 针对内部轨道车辆照明装置的应用规范
CiA 444: 针对起重机附加设备(例如，延伸器)的设备规范集
CiA 445: 针对RFID阅读器的设备规范
CiA 446: 针对As-i网关的接口规范
看来对于解决“要用canopen干什么？”和“怎么用canopen来干活？”就需要根据具体的应用题来选择这些套路了。

以下也是从cia中文网站上将部分跟汽车有关的内容copy的，用来概述这些协议的功能
1.CiA 401针对通用I/O模块的CANopen设备规范 CiA 401设备规范指定用于带通用模拟量和数字量输入和输出的模块的CANopen接口。

缺省状态下，第1个TPDO和第1个RPDO分别支持最多64个数字量输入和最多64个数字量输出这两种字节方式。

剩余的缺省PDO分别发送或接收最多12个模拟量输入和最多12个模拟量输出，输入和输出的分辨率均为16位分辨率。

所有TPDO均通过状态的改变而被触发。

因此，包含模拟量输入的缺省TPDO都处于禁用状态。

除按缺省的字节方式访问数字量I/O外，还可支持可选的位、字和双字访问。

除模拟量I/O的缺省16位分辨率外，还可支持可选的8位、32位、浮点以及制造商特定的分辨率。

可指定多个参数来组态输入和输出特性(例如，输入的触发条件，内部设备故障时的输出特性)。

对于模拟量I/O，信号调节和滤波器功能未进行标准化。

对这些情况，建议对模拟传感器应用使用CiA 404规范。

在CiA 401规范附录中给出了特定I/O模块(如操纵杆)的实现提示。

操纵杆被视为包含三维模拟量输入(x，y，z) 的输入模块。

缺省状态下，还有一个附加TPDO 包含一字节的数字信息。

在该字节中，三个位用于启用三维(x，y，z) 的存储器功能。

2.CiA 402针对驱动装置和运动控制装置的CANopen设备规范
针对驱动装置和运动控制装置的设备规范定义伺服驱动器、变频器和步进式电机控制器的功能特性。

它还指定多个操作模式和相应的组态参数。

该规范包括一个有限状态自动机(FSA)，该FSA指定每个状态的内部和外部设备特性。

驱动装置的状态确定接受哪个命令以及是否应用大功率。

状态因从主机控制器接收到的控制字而更改，并可以因内部事件进行更改。

通过状态字指示当前状态。

控制字和不同的命令值(例如，速度)映射到缺省的RPDO(接收过程数据对象)中。

状态字和不同的实际值(例如，位置)映射到TPDO(发送过程数据对象)中。

该规范提供一组可供所有驱动装置使用的通用缺省PDO，以及仅适用于特定类别驱动装置的特定缺省PDO组，例如伺服驱动器、变频器或步进式电机。

多种可选功能和参数限制了符合CiA 402的设备互换性。

CiA 402设备规范符合IEC 61800-7-201和IEC 61800-7-301国际标准，可从IEC获取这两个标准
3.CiA 404针对测量设备和闭环回路控制器的CANopen设备规范。

CiA 404设备规范专门针对还可提供数字量I/O功能的模拟传感器。

此外，该规范还对收
集传感器信号和提供执行器设定值的闭环回路控制器进行了描述。

符合CiA 404的设备可最多支持199个传感器通道。

模拟量输入功能会区分现场值和过程值。

现场值是来自模拟/数字转换器的无比例读数、来自增量式编码器的计数或由变压器提供的已校准的电气值。

该数值被转换为物理尺寸或测量质量，结果称为过程值。

过程值的实例包括重量测量值(单位为kg)、温度测量值
(单位为摄氏温度)或位移测量值(单位为mm)。

闭环回路控制器功能提供包含两个设定值、一个手动超驰值和一个自优化值的PID算法。

设备可配置为2点或3点控制器。

可以限制PID控制器的输出，例如，用于确保最小和最大压力。

通过自优化算法，可以自动计算必需的PID参数。

可以将多通道传感器设备连接至一个或多个执行器设备或闭环回路控制器。

这些传感器信号收集设备提供第二个 CANopen网络接口，通过该接口提供传感器信号。

这便允许设计级联的CANopen传感器配置文件还定义一个报警功能，该功能根据预配置的条件(如传感器故障、超出信号值、信号超出之差等)生成PDO. 注意事项：由于CiA 404已经使用标准化配置文件的整个索引范围，因此它不支持逻辑设备。

4.CiA 406针对编码器的设备规范(旋转和线性）针对编码器的CiA 406设备规范指定绝对线性和旋转编码器的CANopen接口。

除位置和速度输出外，该规范还对加速度和急停输出进行了描述。

此外，编码器配置规范还指定多个组态参数，例如，确定计数方向的代码序列(补码)，输出代码按这个方向增大或减少。

分辨率参数用于组态每转的给定步数。

此外，该规范还涵盖带滞后的完整凸轮功能。

除此之外，还可以对在单个CANopen编码器设备中实现的多传感器模块进行描述。

编码器规范指定下列操作模式：事件-定时器模式：周期性地采样和发送当前位置值。

同步模式：在接收到同步消息后采样并发送当前位置。

由于在使用CAN远程帧时，会出现若干常见问题，因此，不建议使用基于远程请求的PDO(过程数据对象)的远程模式
5.CiA 408CANopen设备规范流体动力技术 CiA 408设备规范基于由VDMA (德国机器制造商的非营利组织)发布的独立于总线的流体系统规范框架。

该规范描述了可互连的比例阀、静液压泵和静液压传动装置的功能。

该规范也适用于气动泵。

符合该规范的设备在移动机械(例如，建筑机械、农用和林业机械)、工业机械以及过程和工厂自动化中使用。

同时用于阀和驱动装置的有
限状态自动机(FSA)协调工作。

这两个设备类别的定义非常相似。

操作模式参数确定实际值的表现形式。

系统设计人员通过组态相应的参数来选择控制模式，例如，阀芯位置开环/闭环控制或压力开环/闭环控制或压力流量控制。

预定义的TPDO和RPDO包含FSA状态字、FSA控制字与实际值及命令值，具体取决于所组态的控制模式
6.CiA 410针对倾斜仪的CANopen设备规范
倾斜传感器用于对机器进行水平准直，以及用于控制重型推土机、推进装置和特殊用途的车辆。

CiA 410设备规范指定用于单轴和双轴倾斜传感器的CANopen 接口。

测量值在缺省时被映射到“发送-PDO”，并在此进行同步发送。

在第一个缺省的TPDO中，发送16位斜率纵向对象和可选的16位斜率横向对象。

支持32位斜率值的倾斜仪使用可选的第二个TPDO 为了使倾斜传感器适应应用需求，指定了多个组态参数。

预设值用于将期望的倾斜角分配给实际的物理倾斜角，并以此校准传感器。

最小值和最大值的可选软件限位开关可以监视允许的操作范围。

7.CiA 413针对卡车网关的CANopen接口规范 CiA 413 CANopen
接口规范集指定了到用于卡车、公交车、拖车和其它商用汽车的基于J1939的车载网络的网关。

除 CANopen接口外，网关还提供一个或多个符合ISO 11992 (卡车/拖车点到点网络)、SAE J1939-71 (卡车动力传动系统网络)或ISO 11783 (农业和林业车辆中的实现网络)的CAN接口。

CiA 413指定了四个缺省的符合ISO 11992-3标准的RPDO (接收过程数据对象)和TPDO (发送过程数据对象)。

所有其它参数组必须进行组态或编程。

卡车制造商可能会提供预组态和预编程的网关设备，以满足车身制造商的要求。

车身制造商可以使用现成的CANopen传感器和执行器，因为ISO11992 的模拟参数(如数值范围、数值前缀和SI单位)可以进行组态。

它是符合ISO 11992的可编程网关。

CiA 413规范集包含下列部分：第1部分描述了通用的定义和缺省的通讯对象。

第2部分指定了制动和传动装置的参数(ISO 11992-2)。

第3部分指定了除制动装置和传动装置外的设备参数(ISO 11992-3)。

第4部分指定了诊断参数(ISO 11992-4)。

第6部分描述了基于J1939的映射的框架。

8.CiA 415针对筑路机械的CANopen应用规范针对筑路机械的CiA 415 CANopen应用规范由OSYRIS协会(公路信息支持开放系
统)和欧洲沥青路面协会(EAPA)联合开发。

该应用规范指定传感器、温度和定位控制器。

该规范涵盖下列机器类型：铺路机平路机推土机粉碎机洒水车加热器卡车符合该规范的设备要求一个具有支持CANopen网络自组态(组态管理器)CANopen管理器(NMT)功能的应用主站设备。

在系统启动阶段，CANopen
管理器设备扫描网络以找到设备在网络中的表示。

通过SDO(服务数据对象)读取服务， CANopen管理器得知提供了哪些过程数据，以及要求从其它设备获取哪些过程数据。

CANopen管理器自动在所有设备中组态必需的PDO(过程数据对象)。

9.CiA 418/9针对蓄电池和充电器的CANopen设备规范 CiA 418设备规范指定用于蓄电池模块的接口，而CiA 419设备规范指定用于蓄电池充电器的接口。

蓄电池模块提供信息给充电器，从而使充电器对蓄电池进行充电。

必须提供的信息包括蓄电池类型、蓄电池容量、蓄电池数目、允许的最大充电电流和蓄电池温度。

此外，还可以定义可选信息，例如，各种标识符、充电历史数据、蓄电池电压、蓄电池充电状态、所请求的电流和水位状态。

一个缺省的TPOD定义为用于基于定时器驱动机制发送蓄电池温度和状态信息。

可选的TPOD定义为用于发送蓄电池电压、电流请求和充电状态。

一个缺省的RPOD定义为用于接收充电器状态。

一个可选的RPOD用于将“充电返回”对象添加到所接收的数据中。

受模块支持的可选PDO可通过SDO服务进行组态。

相应的缺省PDO在蓄电池充电器中实现。

蓄电池模块必须支持心跳协议。

10.CiA 422针对市政车辆的CANopen应用规范 CiA 422应用规范指定用于垃圾车的虚拟设备。

由系统设计人员集成CiA 422兼容的设备。

这些设备可实现一个或多个下列虚拟设备：升降机装置测量装置集装箱装置垃圾箱分类装置压紧装置等等应用规范预定义所有必需的PDO和一些附加的SDO 通道，从而简化了系统集成。

系统集成受不同供应商提供的大量专用工具支持。

应用规范包括四个部分：第1部分：常规定义和物理层规范第2部分：虚拟设备定义第3部分：预定义的通讯对象第4部分：详细的应用对象规范
11.CANOpen移动机械
(1)CANopen建筑机械
由称为OSYRIS (用于公路信息支持的开放式系统)的EU研究项目
创立，CANopen规范CiA 415由针对建筑业的SIG制定并维护。

该应用规范描述了筑路机械上的传感器互连。

已定义了20多个接口(例如位置、温度、称重传感器)，这些接口可通过传感器控制器自动组态另外，工作组还定义了一个用于互连所有网络和筑路机械电子设备的集成网络(CiA 436)。

该网络具有多个接口，例如，可以连接至HMI、发动机系统、液压装置或传感器系统。

(2)CANopen卡车网关
SIG卡车网关定义了用于访问通过ISO 11992进行通讯的卡车车载网络(IVN)的规范(CiA 413)。

网关用于卡车的上层结构，如起重机。

由于ISO 11992称为“公路车辆 - 拖车和被拖车之间电气连接上的数字信息交换”，CANopen规范的内容侧重于卡车和拖车之间的通讯。

此外，其中一部分定义了一种通过SAE J1939或ISO 11992网络访问CANopen数据的技术。

(3)CleANopen SIG市政工程组为市政车辆保留了一个用于卡车上层结构的规范。

该应用规范对例如升降机、识别系统或称重装置进行了描述。

该应用规范定义了可以在物理设备中实现的虚拟设备(功能组)。

虚拟设备的原理不指定物理设备。

在CiA 303-1中描述了连接器针脚分配、布线和接线建议。

所有这些标准和规范均允许设计与不依赖于制造商的市政车辆组件，例如，垃圾车。

虚拟设备定义包括对过程数据信号和组态参数的详细描述。

对于每个虚拟设备，还描述了诊断数据。

所有这些数据均可通过CAN网络在设备的CANopen
对象词典中找到。

对象词典可视为一个包含16位索引地址和附加的8位子索引的数据库。

过程数据信号、组态参数和诊断数据的地址在整个CleANopen系统中都是唯一分配的。

结果：知道了这些协议的大概应用范围，就可以根据自己产品的方向选择需要重点阅读的规范浏览了无数网站，发现目前在国内应用主要在以下几个方面：1）学习类，方向定位在初级培训市场，或者是芯片代理，无需对其他协议有所了解，典型特点：非终极产品，只要实现基本的物理层和链路层，剩余的不管，这是目前国内最大的一块 2) 汽车诊断类附属产品，各种诊断仪，需要网关类413，和其他类的网关协议 3）汽车零部件，需要阅读413、及具体应用部件的规范，难度最大，方向最复杂。