canopen 简单的入门

只看该作者 · 2018-11-30 21:48

CANopen 在 ISO 层级中的位置
从 OSI 的 7 层网络模型的角度来看同， CAN（Controller Area Network）现场总线仅仅
定义了第 1 层（物理层，见 ISO11898-2 标准）、第 2 层（数据链路层，见 ISO11898-1 标准）；
而在实际设计中，这两层完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软件（Software）
或固件（Firmware），只要了解如何调用相关的接口和寄存器，即可完成对 CAN 的控制。

只看该作者 · 2018-11-30 21:48

CAN 控制器结构

只看该作者 · 2018-11-30 21:49

基本每个行业的 CAN 应用，都需要一个高层协议来定义 CAN 报文中的 11/29
位标识符、 8 字节数据的使用。但在 CAN 总线的工业自动化应用中，由于设备的互通互联
的需求越来越多，所以需要一个开放的、标准化的高层协议：这个协议支持各种 CAN 厂商
设备的互用性、互换性，能够实现在 CAN 网络中提供标准的、统一的系统通讯模式，提供
设备功能描述方式，执行网络管理功能。

只看该作者 · 2018-11-30 21:49

应用层(Application layer)：为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议。

只看该作者 · 2018-11-30 21:50

通讯描述(Communication profile)：提供配置设备、通讯数据的含义，定义数据通讯方式。

只看该作者 · 2018-11-30 21:50

CANopen 协议是在 20 世纪 90 年代末，由总部位于德国纽伦堡的 CiA 组织——
CAN-in-Automation，（http://www.can-cia.org ）在 CAL（CAN Application Layer）的基础上发展而来

只看该作者 · 2018-11-30 21:50

由于 CANopen 协议的创始人团队也是 CAN-bus 的创始人团队，此协议充分发挥了
CAN-bus 所具备的所有优势，特别是 CiA 组织的主席蔡豪格（Holger Zeltwanger）先生对于
CANopen 协议**开放、免费、非盈利的原则。一经推出便在欧洲得到了广泛的认可与应
用。虽然 CiA 组织背后没有强大的财阀支撑，但时至今日已经成为全世界最为流行的 CAN
应用层协议。

只看该作者 · 2018-11-30 21:51

经过对 CANopen 协议规范文本的多次修改，使得 CANopen 协议的稳定性、实时性、抗
干扰性都得到了进一步的提高。并且 CiA 在 CANopen 基础协议——CiA 301 之上，对各个
行业不断推出设备子协议，使 CANopen 协议在各个行业得到更快的发展与推广。所谓的子
协议，就是针对不同行业的应用对象，对 CANopen 内部的数据含义进行重新定义，或者添
加新的控制逻辑。

只看该作者 · 2018-11-30 21:52

目前 CANopen 协议已经在运动控制、车辆工业、轨道交通、电机驱动、工程机械、船舶
海运等行业得到广泛的应用。比如轨道交通中的城市轻轨车辆（低地板车）中， CiA 联合西
门子、庞巴迪等轨道交通厂商，共同制定了以下轨道交通相关的 CANopen 子协议：
 CiA 421 series: Train vehicle control system 列车车辆控制系统
 CiA 423 series: Diesel engine control system 柴油机控制系统
 CiA 424 series: Door control system 门控制系统
 CiA 426 series: Exterior light control system 外部灯控制系统
 CiA 430 series: Auxiliary equipment control system 辅助设备控制系统

只看该作者 · 2018-11-30 22:16

CANopen 协议通常分为用户应用层、对象字典以及通信三个部分。
其中最为核心的是对象字典，描述了应用对象和 CANopen 报文之间的关系。

只看该作者 · 2018-11-30 22:16

CANopen 通信是本文关键部分，其定义了 CANopen 协议通信规则以及与 CAN 控制器
驱动之间对应关系，熟悉这部分对全面掌握 CANopen 协议至关重要。

只看该作者 · 2018-11-30 22:17

CANopen 设备结构

只看该作者 · 2018-11-30 22:20

CANopen 的预定义报文 ID 分类
在 CANopen 创立之初，即使在 CAN 总线应用最广泛的汽车电子行业，网络中的 CAN
节点数量和需要通讯的信息都是比较少的。人们使用 CAN 取代 RS485，主要是看重其可以
突发发送的实时性优势，而在多节点、长距离应用中， CAN 总线和 RS485 比起来并无优势，
比如同样的波特率下， CAN 的通信距离只能达到 RS485 的 0.6-0.8 倍，而多节点通信 CAN
无法进行任意的突发发送，不得不遵循 RS485 那样的轮询通信机制，否则会导致拥堵。

只看该作者 · 2018-11-30 22:22

网络管理（NMT）与特殊协议（Special protocols）报文 ID 分类
虽然 CANopen 的通讯发挥了 CAN 的特色，所有节点通信地位平等，运行时允许自行
发送报文，但 CANopen 网络为了稳定可靠可控，都需要设置一个网络管理主机 NMT-Master
（Network Management-Master），就像一个交响乐团的指挥家，所有节点的启动、停止都是
有他进行指挥。

只看该作者 · 2018-11-30 22:23

NMT 主机一般是 CANopen 网络中具备监控的 PLC 或者 PC（当然也可以是一般的功能
节点），所以也成为 CANopen主站。相对应的其他 CANopen节点就是 NMT从机(NMT-slaves)。

只看该作者 · 2018-11-30 22:32

NMT 主机和 NMT 从机之间通讯的报文就称为 NMT 网络管理报文。管理报文负责层管
理、网络管理和 ID 分配服务。例如，初始化、配置和网络管理（其中包括节点保护）。网络
管理中，同一个网络中只允许有一个主节点、一个或多个从节点，并遵循主从模式。

只看该作者 · 2018-11-30 22:43

协调各个节点的同步、心跳、时间、错误提示等通讯控制， CANopen 还定义了一系列特殊协议（Special protocols）报文。

只看该作者 · 2018-11-30 22:43

过程数据对象（PDO）和服务数据对象（SDO）的报文 ID 分类
用户应用 CANopen 时，需要传递的配置信息和应用信息都是放在过程数据对象 PDO
（Process data object）和服务数据对象 SDO (Service data object)里面。

只看该作者 · 2018-11-30 22:43

PDO 和 SDO 的通讯区别在于， PDO 属于过程数据，即单向传输，无需接收节点回应
CAN 报文来确认，从通讯术语上来说是属于“生产消费”模型。

只看该作者 · 2018-11-30 22:45

SDO 属于服务数据，有指定被接收节点的地址（Node-ID），并且需要指定的接收节
点回应 CAN 报文来确认已经接收，如果超时没有确认，则发送节点将会重新发送原报文。
这种通讯方式属于常见的“服务器客户端”的通信模型，即我们通常所说的轮询式。