使用ES32實(shí)現(xiàn)CANopen從機(jī)

工程師筆記 | 使用ES32實(shí)現(xiàn)CANopen從機(jī)

CANopen 是一種基于CAN的通信協(xié)議，已在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

CAN提供可靠的底層數(shù)據(jù)傳輸，CANopen提供標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用層協(xié)議。在CANopen協(xié)議中，每個(gè)CANopen設(shè)備都有一個(gè)對(duì)象字典。CANopen設(shè)備模型如下圖。對(duì)象字典描述了CANopen設(shè)備的所有行為和參數(shù)。

CanFestival是一套開源免費(fèi)的CANopen協(xié)議棧。它功能強(qiáng)大，且提供圖像化的對(duì)象字典編輯工具。RT-Thread已經(jīng)將CanFestival制作成軟件包。所以只需完善對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)CANopen。

本文將要介紹：在 ES32 平臺(tái)上，基于 RT-Thread bsp 實(shí)現(xiàn) CANopen 從機(jī)的方法。

開啟本實(shí)驗(yàn)前，讀者需要首先了解：

?本實(shí)驗(yàn)基于RT-Thread 4.0.4版本，用戶可以從GitHub或Gitee獲取：

☆從GitHub下載RT-Thread 4.0.4：https://github.com/RT-Thread/rt-thread/tree/v4.0.4

☆從Gitee下載RT-Thread 4.0.4：https://gitee.com/rtthread/rt-thread/tree/v4.0.4

? 基礎(chǔ)的軟硬件環(huán)境配置和ES-CodeMaker使用方法。詳細(xì)請(qǐng)查看（點(diǎn)擊直接打開）：工程師筆記 | ES-CodeMaker for RT-Thread （一）快速上手

? ES-CodeMaker for RT-Thread軟件的獲取方法，在文本的最后給出。

1. 硬件配置

本實(shí)驗(yàn)使用ZLG的USBCAN-E-P做為主站，ES-PDS-ES32F3696LX開發(fā)板和ES-PDS-CAN模塊作為從機(jī)。

▲CANopen主站卡

將ES-PDS-CAN模塊插入開發(fā)板CAN接口上。CAN模塊與開發(fā)板的連接：

ES-PDS-CAN模塊接口	ES-PDS-ES32F3696LX開發(fā)板管腳功能
VCC	電源VDD
GND	電源地GND
RX	CAN0_RX（PB8）
TX	CAN0_TX（PB9）

USBCAN-E-P CANopen主站卡與ES-PDS-CAN模塊的連接：

CANopen主站卡接口	ES-PDS-CAN模塊接口
CAN_H	CAN_H
CAN_L	CAN_L

ES-PDS-ES32F3696LX開發(fā)板上的跳線接口：

1 . 閉合JP4：使開發(fā)板為芯片供電。

2 . 閉合JP2、JP3：通過板載調(diào)試器將UART2轉(zhuǎn)為串口，方便調(diào)試程序。

2. 驅(qū)動(dòng)配置

通過ES-CodeMaker可實(shí)現(xiàn)可視化的管腳功能配置

新建工程

選擇芯片ES32F3696LX，填寫工程名稱和路徑，選擇模板 pkg-example-canopen：

開啟 UART2 功能和對(duì)應(yīng)的管腳作為RT-Thread的控制臺(tái)功能。

開啟 CAN0 的管腳: PB8，PB9 ，并選擇相應(yīng)的CAN功能，可以設(shè)置can設(shè)備的名稱。設(shè)備配置為：波特率1000000，使能失敗自動(dòng)重發(fā)，再同步跳轉(zhuǎn)寬度為4個(gè)時(shí)間片。

開啟 AD16C4T0 作為 HWTIMER ，并選擇相應(yīng)的功能，可以設(shè)置hwtimer設(shè)備的名稱。設(shè)備配置為：遞增計(jì)數(shù)模式。

3. RT-Thread配置

使用RT-Thread env工具配置RT-Thread的內(nèi)核、組件、軟件包和驅(qū)動(dòng)。

1 . 在路徑rt-thread-v4.0.4spessemies32f369x中，打開ENV工具

2 . 輸入menuconfig配置工程

rt-thread 內(nèi)核配置

RT-Thread Kernal -> Kernel Device Object 進(jìn)行內(nèi)核設(shè)備對(duì)象設(shè)置。將控制臺(tái)的設(shè)備名改為“uart2”。

rt-thread 軟件包 CanFestival 配置

RT-Thread online packages → miscellaneous packages開啟CanFestival 軟件包，選擇版本：v1.0.0。CanFestival是一個(gè)開源免費(fèi)的 CANopen 協(xié)議棧。

RT-Thread online packages → miscellaneous packages → CanFestival: A free software CANopen framework 打開配置界面。選擇can和hwtimer的設(shè)備名，及線程的優(yōu)先級(jí)。

UART 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> UART Drivers 開啟uart2，與RT-Thread控制臺(tái)通信。

CAN 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> CAN Drivers 開啟can0，為CanFestival提供CAN驅(qū)動(dòng)。

TIMER 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> HWTIMER Drivers 開啟timer0，為CanFestival提供timer驅(qū)動(dòng)。

開啟CANopen用例

Hardware Drivers Config -> Pkgs Support Example -> Canopen -> USBCAN_E_P_EXAMPLE_SLAVE開啟CANopen從機(jī)例程。

配置好之后保存退出。

3 . 輸入pkgs --update命令更新軟件包。然后根據(jù) 6. 軟件包程序修改說明 優(yōu)化軟件包的部分接口。

4 . 輸入scons --target=mdk5命令生成keil5工程。（使用IAR等其他平臺(tái)指定--target=xxx即可）

5 . 使用Keil5打開工程，編譯并下載。

4. 實(shí)驗(yàn)說明

1 . 安裝CANopen對(duì)象字典編輯工具

CANopen協(xié)議的核心是對(duì)象字典。由于CANopen的對(duì)象字典較為復(fù)雜，不建議手寫對(duì)象字典。CANopen對(duì)象字典編輯工具安裝方法如下：

? 首先獲取資源：

☆從官方獲取python2.7：

https://www.python.org/downloads/release/python-2715/

☆從官方獲取wxPython2.8：

https://sourceforge.net/projects/wxpython/files/wxPython/2.8.12.1/

☆2種獲取CANopen源碼的方式：

a . 從官方獲取CANopen源碼：

https://bitbucket.org/Mongo/canfestival-3-asc

b . 從百度網(wǎng)盤獲取CANopen源碼：

https://pan.baidu.com/s/1b9K0vIzu_EVWK1BLURJEPQ 提取碼為：j2w2

資源獲取成功后：

a . 安裝python2.7。

b . 安裝wxPython2.8。

c . 解壓CANopen源碼，獲得Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8d文件夾。

d . 解壓Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8dobjdictgenGnosis_Utils-current.tar.gz，獲得Gnosis_Utils-1.2.2.tar。

解壓Gnosis_Utils-1.2.2.tar后，獲得Gnosis_Utils-1.2.2文件夾。

e . 將 Gnosis_Utils-1.2.2gnosis文件夾，復(fù)制到 Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8dobjdictgen路徑下。如下圖所示：

f . 雙擊 Mongo-canfestival-...objdictgenobjdictedit.py。

如果安裝正常，則會(huì)出現(xiàn)以下的界面：

2 . CANopen對(duì)象字典編輯工具的使用方法如下：

a . 點(diǎn)擊左上角的按鈕“文件”，可新建或打開對(duì)象字典。

打開bsp中的對(duì)象字典。

打開對(duì)象字典成功后，如下圖所示：

b . 點(diǎn)擊選項(xiàng)后，可編輯字典，如下圖所示：

CANopen對(duì)象字典各索引范圍的描述如下圖。

對(duì)象字典索引0x2000~0x5FFF的制造商特定自協(xié)議區(qū)，常被用于存放應(yīng)用數(shù)據(jù)。

如下圖所示：可以直接通過編輯工具修改對(duì)象字典索引0x2100的數(shù)據(jù)。

c . 將CANopen對(duì)象字典輸出的方法如下：

點(diǎn)擊【建立字典】后，會(huì)生成.c和.h對(duì)象字典文件。如果當(dāng)前打開的是工程內(nèi)的.od文件，則會(huì)更新工程中的對(duì)象字典。

點(diǎn)擊【導(dǎo)出成EDS文件】后，會(huì)生成eds文件。CANopen主機(jī)需要用eds文件解析從機(jī)。

4 . CANopen從機(jī)程序流程。

在CANopen中，PDO為過程數(shù)據(jù)對(duì)象協(xié)議，可用于在多節(jié)點(diǎn)之間交換即時(shí)數(shù)據(jù)。PDO被分為RPDO和TPDO。RPDO為從機(jī)接收數(shù)據(jù)。TPDO為從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

在用例從機(jī)對(duì)象字典中，有4個(gè)RPDO，4個(gè)TPDO。在下圖中N的取值為1~4。

如上圖所示，應(yīng)用層CANopen從機(jī)程序流程為：

a . 初始化底層驅(qū)動(dòng)。初始化CANopen，并導(dǎo)入對(duì)象字典。

b . 從機(jī)進(jìn)入預(yù)操作狀態(tài)后，不斷讀寫對(duì)象字典。

注意：因?yàn)殡p方的時(shí)鐘相互獨(dú)立，存在誤差。所以加速了當(dāng)前使用的硬件定時(shí)器，使從機(jī)能及時(shí)響應(yīng)主機(jī)。

5 . CANopen主站卡環(huán)境安裝。

本實(shí)驗(yàn)用 USBCAN-E-P CANopen主站卡作為CANopen主機(jī)，開發(fā)板作為CANopen從機(jī)。

? 從官網(wǎng)獲取 USBCAN-E-P 資料：

☆ 獲取USBCAN-E-P 的PC端上位機(jī)軟件安裝包：

https://www.zlg.cn/data/upload/software/Can/CANopen_Setup.rar

☆ 獲取USBCAN-E-P用戶手冊(cè)：

https://www.zlg.cn/data/upload/software/Can/USBCAN_E_P_CANOpen_um.pdf

☆獲取USBCAN-E-P驅(qū)動(dòng)：

https://www.zlg.cn/data/upload/software/Can/USBCAN_E_P_drive.zip

PC端上位機(jī)軟件安裝完成后，獲得軟件 CANManager for CANopen ：

然后根據(jù)用戶手冊(cè)，安裝USBCAN-E-P驅(qū)動(dòng)。

5. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

1 .將CANopen從機(jī)程序下載后，RT-Thead控制臺(tái)輸出如下信息：

2 . 然后打開CANManager for CANopen。

導(dǎo)入CANopen從機(jī)的eds。

選擇從機(jī)用例的eds文件。文件路徑為：driverspkg_support_examplecanopenUSBCAN-E-P-example-slaveapp_od.eds

點(diǎn)擊搜索，開始搜索從機(jī)，如下圖所示：

搜索到從機(jī)后，點(diǎn)擊右下角的關(guān)閉按鈕后，如下圖所示：

3 . 點(diǎn)擊左上角的啟動(dòng)后，設(shè)置如圖：

啟動(dòng)后，可觀察到現(xiàn)象：主機(jī)收到從機(jī)的TPDO中，紅色框中的數(shù)據(jù)在不斷循環(huán)。藍(lán)色框中的數(shù)據(jù)不變，為字典中的初始值。與程序流程圖邏輯一致。

點(diǎn)擊RPDO1的手動(dòng)發(fā)送后。TPDO1的后4字節(jié)數(shù)據(jù)與RPDO1的后4字節(jié)數(shù)據(jù)一致。

修改RPDO2后4字節(jié)數(shù)據(jù)后，點(diǎn)擊RPDO2的手動(dòng)發(fā)送后。TPDO2的后4字節(jié)數(shù)據(jù)與RPDO2的后4字節(jié)數(shù)據(jù)一致。

4 . 實(shí)驗(yàn)完成后，RT-Thread控制臺(tái)輸出如下信息：

如果主機(jī)和從機(jī)幾乎同時(shí)往CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)有 CAN通訊超載 的緊急報(bào)文。

receivedEMCYmessage.Node:08ErrorCode:8110ErrorRegister:11

CANopen緊急報(bào)文錯(cuò)誤代碼說明如下：

6. 軟件包程序修改說明

1 . CanFestival 軟件包修改（版本：v1.0.0）

該軟件包有3處需要修改：

軟件包第1處修改

修改原因：can過濾器控制塊配置不正確。

a . 宏RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT，會(huì)將過濾表號(hào)設(shè)置為-1。如果過濾表號(hào)為-1，則表示：不指定過濾表號(hào)，該過濾器控制塊不會(huì)被初始化。這會(huì)導(dǎo)致回調(diào)函數(shù)無效。所以需要修改過濾表號(hào)：將過濾表號(hào)修改為 0。

b . 適配rt-thread的驅(qū)動(dòng)框架。將過濾表模式修改為0。

具體修改如下：（修改前的代碼 + 修改后的代碼）

將 packagesCanFestival-v1.0.0srccan_rtthread.c 進(jìn)行更改。can_rtthread.c的部分內(nèi)容如下：

修改前：

structrt_can_filter_itemfilter1item[1]=
{
RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x180,0,0,1,0,can1ind,&can_data.event)
};

修改后：

structrt_can_filter_itemfilter1item[1]=
{
{
.id=0x180,
.ide=0,
.rtr=0,
.mode=0,/*過濾表模式*/
.mask=0,
.hdr=0,/*過濾表號(hào)*/
.ind=can1ind,
.args=&can_data.event
}
};

軟件包第2處修改

修改原因：部分符號(hào)定義沖突。在ES32底層庫中，TRUE 和 FALSE會(huì)被定義為枚舉。在軟件包中，TRUE 和 FALSE會(huì)被定義為宏。

具體修改如下：

在 packagesCanFestival-v1.0.0incdef.h 的#define __def_h__的下方加入頭文件：

#include"type.h"

軟件包第3處修改

修改原因：刪除非必要的文件。

具體修改如下：

packagesCanFestival-v1.0.0src imer_rtthread.c

#include

7. 如何獲取 ES-CodeMaker for RT-Thread？

審核編輯：湯梓紅