CAN及 CANOPEN协议
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目录
❖ CAN与CANopen协议介绍； ❖ CAN协议简单介绍； ❖ CANopen协议介绍； ❖ CANopen对象词典； ❖ CANopen通讯机制； ❖ CANopen通讯对象；
CAN与CANopen协议介绍
CAN及CANopen简介
❖ CAN（Controller Area Network ）， 1986年 由Robert Bosch 公司 （德国博世）推出的一 种现场总线。包含物理层与数据链路层。
（BOOLEAN、INTEGER8等） 复杂数据类型
（PDO通讯参数、映射参数等结构体） 制造商规定的复杂数据类型 设备子协议规定的标准数据类型 设备子协议规定的复杂数据类型 保留 通讯子协议区域
（同步、PDO、SDO描述等CIA 301中规定的内容） 制造商特定子协议区域 设备子协议区域
（CIA 401、CIA 402等设备子协议中的参数描述） 保留
下载（Download）是指对对象字典进行写操作，上传（Upload）指对对象 字典进行读操作。
各个通讯对象介绍
与SDO相关的对象词典： 描述SDO数据类型的对象词典：
SDO入口参数的对象词典：
各个通讯对象介绍
❖ 举例说明： 使用下面的SDO消息，值0x3FE将写到节点ID为2的对象字典中索引
为wk.baidu.comx1801，子索引为3的对象中去，使用启动域下载协议，加速传输（2 字节数据）：
Stamp对象的广播。
预定义连接集
各个通讯对象介绍
❖ PDO（Process Device Object）用来传输实时数据，遵循 Producer/Consumer模式，数据从一个生产者传到一个或多 个消费者。数据传送限制在1到8个字节。
特点： PDO通讯没有协议规定。PDO数据内容只由它的COB-
各个通讯对象介绍
RPDO 有两种工作方式： 同步 接收到同步PDO消息后，在收到下一个SYNC消息时发送给应用程序。 异步 接收到PDO消息后，直接发送给应用程序。
各个通讯对象介绍
各个通讯对象介绍
与PDO相关的对象词典： 描述PDO数据类型的对象词典：
PDO入口参数的对象词典：
各个通讯对象介绍
1： Start_Remote_node (0x01) 2：Stop_Remote_Node (0x02) 3： Enter_Pre-Operational_State (0x80) 4： Reset_Node (0x81) 5：Reset_Communication (0x82) 6：设备初始化结束，自动进入
❖ 一个设备的通讯功能、通讯对象、与设备相关的对象以及对 象的缺省值由电子数据文档（EDS：Electronic Data Sheet） 中提供。
对象词典（object dictionary）
❖ 对象字典（OD：Object Dictionary）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下表。节点 的对象字典的有关范围在0x1000 到 0x9FFF 之间。
❖ CANopen，CANopen是由Bosch公司提出并 规范化，最后移交给CIA组织并在1995年发 表，规定了CAN应用层。定义CAN报文中的 11/29位标识符、8字节数据的使用。
CAN与CANopen
应
CANopen设备子协议 DS 401、DS 402、DS 403等
用
层
CANopen通讯子协议 DS 301、DS 302、DS 303等
[1003sub1] ParameterName=Standard Error Field ObjectType=0x7 DataType=0x0007 AccessType=ro DefaultValue=0x0 PDOMapping=0
返回
CANopen通讯机制
具体通讯描述
CANopen网络的通信和管理都是通过不同的通信对象来完成的，为 了能够实现通信，网络管理，紧急情况处理等功能，CANopen规范定义 了四类标准的通信对象：
数
据
链
CAN 2.0A 、CAN 2.0B等
路
层
物
理
ISO11898
层
CAN简单介绍
CAN数据链路层
消息传输有四种帧类型： 1、数据帧、请求帧、错误帧、过载帧。 2、数据帧和远程帧用ID标识，错误帧和过载帧
并不占用ID标识符。 3、CAN控制器内部集成错误、过载检测机制，
一旦检测到传输错误或过载，CAN控制器会 自动发送错误帧或过载帧。
CANopen主要特点介绍
❖ 采用面向对象的方式来描述，具体设备模型为：
C
A
N 总
应用程序
对象词典
通讯接口
线
❖ 通讯对象： 过程数据对象PDO；服务数据对象SDO；特殊功能对象；网络管理对象NMT。 ❖ 对象词典： 包含描述这个设备和它的网络行为的所有参数。以EDS文档的形式存在。 ❖ 应用程序： 包括功能部分和通信部分。
举例说明一个PDO的应用： 假定第二个PDO对象映射参数的内容如下：
在CANopen I/O模块的设备子协议（CiA DSP-401）定义中，对象0x6000子索引2是 节点的第2组8位数字量输入，对象0x6401子索引0x01是节点的第1组16位模拟量输入。
这个PDO报文如果被发送(可能由输入改变，定时器中断或者远程请求帧等方式触发， 和PDO的传输类型相一致，可以在对象0x1801子索引2中查找)，则由3字节数据组成，格 式如下：
ID定义，假定生产者和消费者知道这个PDO的数据内容。 每个PDO在对象字典中用 2 个对象描述：
PDO通讯参数：包含哪个COB-ID将被PDO使用，传输类型， 禁止时间和事件时间。
PDO映射参数：包含一个对象字典中对象的列表，这些对 象映射到PDO里，包括它们的数据长度。生产者和消费者必 须知道这个映射，以解释PDO内容。
PDO Maping
各个通讯对象介绍
静态PDO映射： 如果支持PDO静态映射，则PDO的内容会被设备制造商严格 预定义，且不能通过CANopen接口进行更改。 动态PDO映射： 如果CANopen对象字典中的PDO映射条目在NMT运行状态 期间也可以更改，则设备支持动态映射。
各个通讯对象介绍
SDO用来访问一个设备的对象字典。遵循Client/Server模式。访问者被称作 客户 (client)，对象字典被访问且提供所请求服务的CANopen设备别称作服务器 (server)。客户的CAN报文和服务器的应答CAN报文总是包含8字节数据（尽管 不是所有的数据字节都一定有意义）。协议是确认服务类型：为每个消息生成一 个应答。
预定义连接集
❖ 预定义的连接集定义了： 4个接收PDO（Receive－PDO）； 4 个发送PDO（Transmit－PDO）； 1个SDO（占用2个COB-ID）； 1个紧急对象； 1个节点错误控制(Node-Error-Control)ID； 不需确认的NMT-Module-Control服务，SYNC和Time
CAN帧
仲裁场
控制场
S O F
11位标识 符
R T R
I D E
R 0
DATALENGTH
8字节数据
CRC 校验
ACK 应答
E O
F
CANopen协议介绍
CANopen协议
CANopen协议定义了CAN的应用层协议，定义CAN报文中的11/29位 标识符、8字节数据的使用。 CANopen 不仅定义了应用层和通信子协议，而且为可编程系统、不 同器件、接口、应用子协议定义了大量的行规，遵循这些行规开发出 的CANopen设备将能够实现不同公司产品间的互操作。
Pre_Operational状态，发送Boot-up消息
CANopen 从站BOOT过程
CANopen主站BOOT过程
三种通讯协议模式（主从模式）
三种通讯协议模式（C/S模式）
三种通讯协议模式（生产者消费者模式）
返回
CANopen通讯对象
预定义连接集
❖ 通过11/29位标识符COB-ID对实时数据对象（Process Data Objects, PDO）， 配置数据对象（Service Data Objects, SDO）和特殊功能对象（时间戳Time Stamp, 同步消息，紧急消息）和网络管理数据（Boot-Up message, NMT message, and Error Control）对象等进行描述。 为了减小简单网络的组态工作量，CANopen定义了强制性的缺省标识符 （CAN-ID）分配表。即预定义连接集。
SDO中实现了5个请求/应答协议：启动域下载 （Initiate Domain Download），域分段下载（Download Domain Segment）， 启动域上传 （Initiate Domain Upload），域分段上传 （Upload Domain Segment） 和域传 送中止（Abort Domain Transfer）。
对象词典
❖ 对象词典的分配表参考DS301 ❖ 具体语法结构可参考DS306
举例
[1003] SubNumber=2 ParameterName=Pre-defined Error Field ObjectType=8
[1003sub0] ParameterName=Number of Errors ObjectType=0x7 DataType=0x0005 AccessType=ro DefaultValue=0x1 PDOMapping=0
包含同步，紧急状态表示以及时间标记传送三个特定的对象。
CANopen 通讯机制介绍
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。
a.NMT ， b. Node Guard ， c. SDO ， d. Emergency ， e. PDO ， f. Boot-up
CANopen对象词典
对象词典（object dictionary）
❖ CANopen 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：Electronic Data Sheet）中描述。节点本身只需要能够提供对象字典中 必需的对象，以及其它可选择的、构成节点部分可配置功能 的对象。
PDO消息的内容是预定义的或者在网络启动时配置的。
各个通讯对象介绍
TPDO 可以有多种传送方式： 同步（通过接收SYNC 对象实现同步） 非周期：由远程帧预触发传送，或者由设备子协议中规定的对象特定事件预触发传送。 周期：传送在每1 到240个SYNC消息后触发。 异步
由远程帧触发传送。 由设备子协议中规定的对象特定事件触发传送
进程数据对象(PDO) 用来传输实时数据，数据从一个生产者传到一个或多个消费者。数
据传送限制在1到8个字节。 服务数据对象(SDO)
可用来存取远端节点的对象字典，读取或设定其中的对象。通过使 用索引和子索引，SDO使客户机能够访问服务器对象字典中的项（对 象）。 网络管理对象(NMT)
网络管理(NMT)协议提供了网络初始化，错误控制和设备状态控制服 务。 特殊功能对象
索引 0x0000 0x0001~0x001F
0x0020~0x003F
0x0040~0x005F 0x0060~0x007F 0x0080~0x009F 0x00A0~0x0FFF 0x1000~0x1FFF
0x2000~0x5FFF 0x6000~0x9FFF
0xA000~0xFFFF
对象 未使用 标准数据类型
可选SDO传送机制： 块传送（Block transfer）：当传送数据长度大于4字 节时，多个分段只由1个确认报文应答以增加总线吞吐量。
相应的协议为：启动块下载 （Initiate Block Download），块分段下载 （Download Block Segment），块下载结束（End Block Download），启动块 上传 （Initiate Block Upload），块分段上传（Upload Block Segment） 和 块 上传结束（End Block Upload）。
使用下面的SDO消息，同样的对象字典中索引为0x1801，子索引为 3的对象将被读出，使用启动域上传协议，服务器使用加速传输方式应 答（2字节数据）：