CANopen协议介绍(中文)

广州有限公司020-38743030、介绍.....................................................................................................................................................................12、CAL协议............................................................................................................................................................23、CANopen.............................................................................................................................................................33．1对象字典OD........................................................................................................................................33．2CANopen通讯.....................................................................................................................................43．3CANopen预定义连接集.....................................................................................................................63．4CANopen标识符分配.........................................................................................................................83．5CANopenboot-up过程........................................................................................................................83．6CANopen消息语法细节.....................................................................................................................94、总结...................................................................................................................................................................185、说明...................................................................................................................................................................191广.com1、介绍从OSI网络模型的角度来看同，现场总线网络一般只实现了第1层（物理层）、第2层（数据链路层）、第7层（应用层）。因为现场总线通常只包括一个网段，因此不需要第3层（传输层）和第4层（网络层），也不需要第5层（会话层）第6层（描述层）的作用。CAN（ControllerAreaNetwork）现场总线仅仅定义了第1层、第2层（见ISO11898标准）；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）。同时，CAN只定义物理层和数据链路层，没有规定应用层，本身并不完整，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。而且，基于CAN总线的工业自动化应用中，越来越需要一个开放的、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。应用层（Applicationlayer）：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。通讯描述（Communicationprofile）：提供配置设备、通讯数据的含义，定义数据通讯方式。设备描述（Deviceproflile）：为设备（类）增加符合规范的行为。下面的章节将介绍基于CAN的高层协议：CAL协议和基于CAL协议扩展的CANopen协议。CANopen协议是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协议被认为是在基于CAN的工业系统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类型，例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器，都在称为“设备描述”的协议中进行描述；“设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠CANopen协议的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。在OSI模型中，CAN标准、CANopen协议之间的关系如下图所示：CommunicationProfileCiADS-301CiADSP-401CiADSP-404CiADSP-xxxApplicationLayerDataLinkLayerChipCAN2.0APhysicalLayerISO11898Cable图1.1CAN、CANopen标准在OSI网络模型中的位置框图1广.com2、CAL协议CAL（CANApplicationLayer）协议是目前基于CAN的高层通讯协议中的一种，昀早由Philips医疗设备部门制定。现在CAL由独立的CAN用户和制造商集团CiA（CANinAutomation）协会负责管理、发展和推广。CAL提供了4种应用层服务功能：CMS(CAN-basedMessageSpecification)CMS提供了一个开放的、面向对象的环境，用于实现用户的应用。CMS提供基于变量、事件、域类型的对象，以设计和规定一个设备（节点）的功能如何被访问（例如，如何上载下载超过8字节的一组数据（域），并且有终止传输的功能）。CMS从MMS(ManufacturingMessageSpecification)继承而来。MMS是OSI为工业设备的远程控制和监控而制定的应用层规范。NMT(NetworkManagemenT)提供网络管理（如初始化、启动和停止节点，侦测失效节点）服务。这种服务是采用主从通讯模式（所以只有一个NMT主节点）来实现的。DBT(DistriBuTor)提供动态分配CANID（正式名称为COB-ID，CommunicationObjectIdentifier）服务。这种服务是采用主从通讯模式（所以只有一个DBT主节点）来实现的。LMT(LayerManagemenT)LMT提供修改层参数的服务：一个节点（LMTMaster）可以设置另外一个节点（LMTSlave）的某层参数（如改变一个节点的NMT地址，或改变CAN接口的位定时和波特率）。CMS为它的消息定义了8个优先级，每个优先级拥有220个COB-ID，范围从1到1760。剩余的标志（0，1761-2031）保留给NMT，DBT和LMT，见表2-1。表2-1映射到CAL服务和对象的COB-ID(11位CAN标识符)COB-ID服务或对象0NMT启动/停止服务1-220CMS对象优先级0221-440CMS对象优先级1441-660CMS对象优先级2661-880CMS对象优先级3881-1100CMS对象优先级41101-1320CMS对象优先级51321-1540CMS对象优先级61541-1760CMS对象优先级71761-2015NMT节点保护2016-2031NMT，LMT，DBT服务注意这是CAN2.0A标准，11位ID范围[0，2047]，由于历史原因限制在[0，2031]。如果使用CAN2.0B标准，29位ID并不改变这个描述；表中的11位映射到29位COB-ID中的昀高11位，以至于表中的COB-ID范围变得增大许多。2广.com3、CANopenCAL提供了所有的网络管理服务和报文传送协议，但并没有定义CMS对象的内容或者正在通讯的对象的类型（它只定义了how，没有定义what）。而这正是CANopen切入点。CANopen是在CAL基础上开发的，使用了CAL通讯和服务协议子集，提供了分布式控制系统的一种实现方案。CANopen在保证网络节点互用性的同时允许节点的功能随意扩展：或简单或复杂。CANopen的核心概念是设备对象字典（OD：ObjectDictionary），在其它现场总线（Profibus，Interbus-S）系统中也使用这种设备描述形式。注意：对象字典不是CAL的一部分，而是在CANopen中实现的。下面先介绍对象字典（OD：ObjectDictionary），然后再介绍CANopen通讯机制。3.1对象字典OD对象字典（OD：ObjectDictionary）是一个有序的对象组；每个对象采用一个16位的索引值来寻址，为了允许访问数据结构中的单个元素，同时定义了一个8位的子索引，对象字典的结构参照表3-1。不要被对象字典中索引值低于0x0FFF的‘datatypes’项所迷惑，它们仅仅是一些数据类型定义。一个节点的对象字典的有关范围在0x1000到0x9FFF之间。表3-1CANopen对象字典通用结构索引对象0000Notused0001-001F静态数据类型（标准数据类型，如Boolean，Integer16）0020-003F复杂数据类型（预定义由简单类型组合成的结构如PDOCommPar，SDOParameter）0040-005F制造商规定的复杂数据类型0060-007F设备子协议规定的静态数据类型0080-009F设备子协议规定的复杂数据类型00A0-0FFFReserved1000-1FFF通讯子协议区域(如设备类型，错误寄存器，支持的PDO数量)2000-5FFF制造商特定子协议区域6000-9FFF标准的设备子协议区域(例如“DSP-401I/O模块设备子协议”：ReadState8InputLines等)A000-FFFFReservedCANopen网络中每个节点都有一个对象字典。对象字典包含了描述这个设备和它的网络行为的所有参数。一个节点的对象字典是在电子数据文档（EDS：ElectronicDataSheet）中描述或者记录在纸上。不必要也不需要通过CAN-bus“审问”一个节点的对象字典中的所有参数。如果一个节点严格按照在纸上的对象字典进行描述其行为，也是可以的。节点本身只需要能够提供对象字典中必需的对象（而在CANopen规定中必需的项实际上是很少的），以及其它可选择的、构成节点部分可配置功能的对象。C