CANOpen系列教程01_ 初識(shí)CAN與CANOpen及相關(guān)內(nèi)容

1寫在前面

我之前學(xué)習(xí)CANOpen的時(shí)候，網(wǎng)上有用的資料極少，走了不少彎路。到目前為止，網(wǎng)上關(guān)于CANOpen的資料依然很少。所以，特地寫下該系列教程，幫助初學(xué)者跨過這道坎。

從我個(gè)人學(xué)習(xí)CANOpen的經(jīng)歷來看，學(xué)會(huì)使用CANOpen難度其實(shí)不大。難點(diǎn)在于需要掌握的基礎(chǔ)知識(shí)很多，而且許多都有關(guān)聯(lián)性，容易把人繞暈。

那么，我希望通過結(jié)合之前我的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，以及工作經(jīng)驗(yàn)，站在小白的角度寫下該系列教程。當(dāng)然，該教程由我個(gè)人編輯并整理，難免有些廢話，或者錯(cuò)誤，還請(qǐng)諒解。

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初識(shí)CAN與CANOpen

2.1 什么是CAN?

CAN：是Controller Area Network的縮寫，即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。

從OSI（Open System Interconnection開放系統(tǒng)互聯(lián)）7層網(wǎng)絡(luò)模型的角度來看，CAN現(xiàn)場(chǎng)總線僅僅定義了第 1 層（物理層）和第 2 層（數(shù)據(jù)鏈路層）。

而在實(shí)際設(shè)計(jì)中，這兩層完全由硬件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員無需再為此開發(fā)相關(guān)軟件或固件（Firmware），只要了解如何調(diào)用相關(guān)的接口和寄存器，即可完成對(duì)CAN的控制。

上面介紹的內(nèi)容可能太官方，初學(xué)者可能看了之后還是不明白。簡(jiǎn)單的說：CAN總線就是一層硬件協(xié)議。比如：差分信號(hào)電平的定義、數(shù)據(jù)幀的定義等等。

PS：初學(xué)者可以結(jié)合UART來理解，比如UART串口發(fā)送一個(gè)字符’A’，它就是一種串行通信的方式。

2.2 什么是CANOpen?

CANopen是一種架構(gòu)在CAN控制局域網(wǎng)上的高層軟件通信協(xié)議，包括通信子協(xié)議及設(shè)備子協(xié)議，常在嵌入式系統(tǒng)中使用，也是工業(yè)控制常用到的一種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。

CANopen協(xié)議是在20世紀(jì)90年代末，由總部位于德國紐倫堡的 CiA 組織——CAN-in-Automation，在 CAL（CAN Application Layer）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。

所以，關(guān)于CANOpen協(xié)議內(nèi)容請(qǐng)參看：http://www.can-cia.org

由于CAN總線只定義了OSI中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，因此對(duì)于不同的應(yīng)用出現(xiàn)了不同的【應(yīng)用層協(xié)議】，為了使不同廠商的產(chǎn)品能夠相互兼容，世界范圍內(nèi)需要通用的CAN應(yīng)用層通信協(xié)議。

在過去的二三十年中涌現(xiàn)出許多的協(xié)議，不過到現(xiàn)在為止能夠廣泛被承認(rèn)的協(xié)議卻不多，現(xiàn)在應(yīng)用較廣的CAN應(yīng)用層協(xié)議主要有以下三種：

CANopen協(xié)議：主要應(yīng)用在汽車、工業(yè)控制、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域，目前由 CIA 負(fù)責(zé)管理和維護(hù)；

J1939協(xié)議：CAN總線在商用車領(lǐng)域占有絕大部分市場(chǎng)份額的應(yīng)用層協(xié)議，由美國機(jī)動(dòng)車工程師學(xué)會(huì)發(fā)起，現(xiàn)已在全球范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用；

DeviceNet協(xié)議：在美國等地占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，主要用于工業(yè)通信及控制和儀器儀表等領(lǐng)域。

而本文說的CANOpen也是目前應(yīng)用較廣的一種協(xié)議。簡(jiǎn)單的說，CANOpen就是CAN總線應(yīng)用層協(xié)議。

PS：學(xué)習(xí)CANOpen應(yīng)用層協(xié)議之前請(qǐng)務(wù)必先了解CAN總線協(xié)議。

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CAN總線特點(diǎn)

CAN總線采用差分信號(hào)傳輸，通常情況下只需要兩根信號(hào)線（CAN-H和CAN-L）就可以進(jìn)行正常的通信。在干擾比較強(qiáng)的場(chǎng)合，還需要用到屏蔽地即CAN-G（主要功能是屏蔽干擾信號(hào)）， CAN協(xié)議推薦用戶使用屏蔽雙絞線作為CAN總線的傳輸線。

CAN總線通信的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：

A.CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)，均可在任意時(shí)刻主動(dòng)的向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)起通信，但在同一時(shí)刻優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)能獲得總線的使用權(quán)。

B.標(biāo)準(zhǔn)CAN總線傳輸波特率可達(dá)到1Mbps。在5Kbps的通信波特率下最遠(yuǎn)傳輸距離可以達(dá)到 10Km，即使在1Mbps的波特率下也能傳輸40m的距離。

C.CAN總線定義使用了硬件報(bào)文濾波，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式，不需要軟件來控制。

D.CAN 總線所掛接的節(jié)點(diǎn)數(shù)量主要取決于CAN總線收發(fā)器或驅(qū)動(dòng)器，目前的驅(qū)動(dòng)器一般都可以使同一網(wǎng)絡(luò)容量達(dá)到110個(gè)節(jié)點(diǎn)。

E.CAN總線通信介質(zhì)可采用雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇極為靈活?？纱蟠蠊?jié)約組網(wǎng)成本。

當(dāng)然，CAN總線的優(yōu)勢(shì)還有許多，當(dāng)你掌握之后就會(huì)明白為什么CAN總線應(yīng)用得如此廣泛了。

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教程規(guī)劃

CAN總線及CANOpen協(xié)議相關(guān)的內(nèi)容相對(duì)比較多，如果每一個(gè)細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)都寫出來，可能花掉我業(yè)余時(shí)間寫一年也寫不完。

我寫該教程目的在于引導(dǎo)初學(xué)者入門，我會(huì)結(jié)合實(shí)例代碼讓大家邊學(xué)邊理解，至于實(shí)際項(xiàng)目編程應(yīng)用不一定講述的很多（這個(gè)看后面情況）。

首先從CAN底層講起，再到CANOpen協(xié)議相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，最后實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)然，中間每一個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)容相對(duì)可能較多，也有可能會(huì)遺漏部分內(nèi)容。