CAN上層協議CANOpen協議的嵌入式簡化說明

CANopen是一種架構在控制局域網路（Controller Area Network, CAN）上的高層通訊協定，包括通訊子協定及設備子協定常在嵌入式系統中使用，也是工業控制常用到的一種現場總線。CANopen 實現了OSI模型中的網絡層以上（包括網絡層）的協定。CANopen 標準包括尋址方案、數個小的通訊子協定及由設備子協定所定義的應用層。 CANopen 支援網絡管理、設備監控及節點間的通訊，其中包括一個簡易的傳輸層，可處理資料的分段傳送及其組合。一般而言數據鏈結層及物理層會用CAN來實作。除了 CANopen 外，也有其他的通訊協定（如EtherCAT）實作 CANopen 的設備子協定。CANopen由非營利組織CiA（CAN in Automaion）進行標準的起草及審核工作，基本的 CANopen 設備及通訊子協定定義在 CAN in Automation (CiA) draft standard 301中。針對個別設備的子協定以 CiA 301 為基礎再進行擴充。如針對 I/O 模組的 CiA401 及針對運動控制的 CiA402。

本說明是CAN上層協議CANOpen協議的嵌入式簡化，較原始CANOpen版本簡單易用，且更適應嵌入式模塊通訊的需要，并且兼容CANOpen協議。

下面按照協議支持的功能分別進行說明：

NMT網絡管理服務

網絡管理狀態表：

終端主節點→從節點

說明：一般終端主節點是指上位機，如上位用于網絡管理和監控的PC機，從節點是指被管理的各模塊。

如果節點ID是0表示命令會被廣播至所有從節點，從節點必須執行相應的命令。

命令說明符功能見下表：

例：啟動節點1進入可操作狀態，

網絡管理狀態表：

根據節點的狀態提供以下服務：

過程數據對象(PDO)服務

過程數據對象用于在節點之間傳送過程數據，如I/O模塊I/O狀態讀取和設定，模擬量采集和模擬量輸出等等，本協議考慮從機硬件限制最多支持4組PDO,每組包含一個RPDO和一個TPDO，現已I/O模塊為例進行說明：

設I/O模塊有24輸入，24輸出，24輸入通過TPDO傳給監控終端或其他節點，24輸出通過RPDO由控制節點對其進行設定，采用發送和接收PDO1組，即標識符TPDO：0x180+NODE_ID,RPDO：0x200+NODE_ID，用3個字節就可以表示24個I/O量，因此發送和接收PDO可以表示如下(假設NODE_ID=1)：

如果是8通道的模擬量采集模塊則需要兩個TPDO來傳送采集的數據，不需要RPDO，因為每個通道產生一個16位數據，一共是16字節，每個TPDO只能夠傳送8字節。兩個TPDO標識符分別為：0x180+NODE_ID,0x280+NODE_ID。

每幀數據格式如下表(設NODE_ID=2)：

TPDO1

TPDO2

1. I/O節點←監控終端(RPDO)

2. I/O節點→監控終端(TPDO)

服務數據對象(SDO)服務

服務數據對象用于讀寫節點的對象字典，現 只實現SDO下載和上傳的全速模式，不支持正常模式也不支持塊下載和上傳，因為數據量不大，實現的功能足夠用，SDO全速下載和上傳采用應答式服務，由監控終端向節點發送服務請求，由節點返回應答。

現假設某節點NODE_ID=3,協議報文如下：

讀節點OD

假設，讀SDO index = 0x1018 subindex = 0x00，返回的是1字節data=0x04

監控終端→節點(終端請求)

監控終端←節點(節點應答)

寫節點OD

假設，寫SDO index=0x1017,subindex=0x00,寫數據為0x07D0

監控終端→節點(終端請求)

監控終端←節點(節點應答)

如果監控終端發送的請求，節點處理出錯，將返回SDO中止報文，報文如下：

節點返回的錯誤代碼如下：

SDO_ABORT_UNSUPPORTED 0x06010000UL 不支持該功能

SDO_ABORT_NOT_EXISTS 0x06020000UL 不存在的索引

SDO_ABORT_READONLY 0x06010002UL 只讀，不可寫

SDO_ABORT_TYPEMISMATCH 0x06070010UL 類型不匹配

SDO_ABORT_UNKNOWN_COMMAND 0x05040001UL 未知命令

SDO_ABORT_UNKNOWNSUB 0x06090011UL 未知子索引

注:命令字節含義請參考CANOpen協議文件DS301。

錯誤控制——心跳(或者叫脈動)協議(heatbeat)

錯誤控制用于了解總線上各節點的狀態，本文只實現心跳協議，由各節點向監控終端定期發送心跳報文，報告本節點的狀態，報文如下：

設節點NODE_ID=2

節點→監控終端

返回狀態如下：

節點在啟動之后發出BOOTUP心跳，然后按固定頻率發出脈動消息幀，監控終端接收該報文用以檢測該節點狀態。

編輯：hfy