CANOpen協(xié)議的嵌入式簡化分析及功能介紹

CANopen是一種架構(gòu)在控制局域網(wǎng)路(Controller Area Network, CAN)上的高層通訊協(xié)定，包括通訊子協(xié)定及設(shè)備子協(xié)定常在嵌入式系統(tǒng)中使用，也是工業(yè)控制常用到的一種現(xiàn)場總線。CANopen 實(shí)現(xiàn)了OSI模型中的網(wǎng)絡(luò)層以上(包括網(wǎng)絡(luò)層)的協(xié)定。CANopen 標(biāo)準(zhǔn)包括尋址方案、數(shù)個(gè)小的通訊子協(xié)定及由設(shè)備子協(xié)定所定義的應(yīng)用層。 CANopen 支援網(wǎng)絡(luò)管理、設(shè)備監(jiān)控及節(jié)點(diǎn)間的通訊，其中包括一個(gè)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(shù)據(jù)鏈結(jié)層及物理層會(huì)用CAN來實(shí)作。除了 CANopen 外，也有其他的通訊協(xié)定(如EtherCAT)實(shí)作 CANopen 的設(shè)備子協(xié)定。CANopen由非營利組織CiA(CAN in Automaion)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的起草及審核工作，基本的 CANopen 設(shè)備及通訊子協(xié)定定義在 CAN in Automation (CiA) draft standard 301中。針對(duì)個(gè)別設(shè)備的子協(xié)定以 CiA 301 為基礎(chǔ)再進(jìn)行擴(kuò)充。如針對(duì) I/O 模組的 CiA401 及針對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的 CiA402。

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

下面按照協(xié)議支持的功能分別進(jìn)行說明：

NMT網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)

網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)表：

說明：一般終端主節(jié)點(diǎn)是指上位機(jī)，如上位用于網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控的PC機(jī)，從節(jié)點(diǎn)是指被管理的各模塊。

如果節(jié)點(diǎn)ID是0表示命令會(huì)被廣播至所有從節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)必須執(zhí)行相應(yīng)的命令。

命令說明符功能見下表：

網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)表：

根據(jù)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)提供以下服務(wù)：

過程數(shù)據(jù)對(duì)象(PDO)服務(wù)

過程數(shù)據(jù)對(duì)象用于在節(jié)點(diǎn)之間傳送過程數(shù)據(jù)，如I/O模塊I/O狀態(tài)讀取和設(shè)定，模擬量采集和模擬量輸出等等，本協(xié)議考慮從機(jī)硬件限制最多支持4組PDO,每組包含一個(gè)RPDO和一個(gè)TPDO，現(xiàn)已I/O模塊為例進(jìn)行說明：

設(shè)I/O模塊有24輸入，24輸出，24輸入通過TPDO傳給監(jiān)控終端或其他節(jié)點(diǎn)，24輸出通過RPDO由控制節(jié)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行設(shè)定，采用發(fā)送和接收PDO1組，即標(biāo)識(shí)符TPDO：0x180+NODE_ID,RPDO：0x200+NODE_ID，用3個(gè)字節(jié)就可以表示24個(gè)I/O量，因此發(fā)送和接收PDO可以表示如下(假設(shè)NODE_ID=1):

如果是8通道的模擬量采集模塊則需要兩個(gè)TPDO來傳送采集的數(shù)據(jù)，不需要RPDO，因?yàn)槊總€(gè)通道產(chǎn)生一個(gè)16位數(shù)據(jù)，一共是16字節(jié)，每個(gè)TPDO只能夠傳送8字節(jié)。兩個(gè)TPDO標(biāo)識(shí)符分別為：0x180+NODE_ID,0x280+NODE_ID。

每幀數(shù)據(jù)格式如下表(設(shè)NODE_ID=2)：

I/O節(jié)點(diǎn)←監(jiān)控終端(RPDO)

I/O節(jié)點(diǎn)→監(jiān)控終端(TPDO)

服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象(SDO)服務(wù)

服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象用于讀寫節(jié)點(diǎn)的對(duì)象字典，現(xiàn) 只實(shí)現(xiàn)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?yàn)閿?shù)據(jù)量不大，實(shí)現(xiàn)的功能足夠用，SDO全速下載和上傳采用應(yīng)答式服務(wù)，由監(jiān)控終端向節(jié)點(diǎn)發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求，由節(jié)點(diǎn)返回應(yīng)答。

現(xiàn)假設(shè)某節(jié)點(diǎn)NODE_ID=3,協(xié)議報(bào)文如下：

讀節(jié)點(diǎn)OD

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

監(jiān)控終端→節(jié)點(diǎn)(終端請(qǐng)求)

監(jiān)控終端←節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)應(yīng)答)

COB-ID0字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)3字節(jié)4字節(jié)5字節(jié)6字節(jié)7字節(jié)1411(0x583) 命令index subindex 數(shù)據(jù)湊夠8個(gè)字節(jié)0x4F0x18 0x10 0x00 0x04 0x00 0x00 0x00

寫節(jié)點(diǎn)OD

假設(shè)，寫SDO index=0x1017,subindex=0x00,寫數(shù)據(jù)為0x07D0

監(jiān)控終端→節(jié)點(diǎn)(終端請(qǐng)求)

節(jié)點(diǎn)返回的錯(cuò)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(jié)含義請(qǐng)參考CANOpen協(xié)議文件DS301。

錯(cuò)誤控制——心跳(或者叫脈動(dòng))協(xié)議(heatbeat)

錯(cuò)誤控制用于了解總線上各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，本文只實(shí)現(xiàn)心跳協(xié)議，由各節(jié)點(diǎn)向監(jiān)控終端定期發(fā)送心跳報(bào)文，報(bào)告本節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，報(bào)文如下：

設(shè)節(jié)點(diǎn)NODE_ID=2

節(jié)點(diǎn)→監(jiān)控終端

節(jié)點(diǎn)在啟動(dòng)之后發(fā)出BOOTUP心跳，然后按固定頻率發(fā)出脈動(dòng)消息幀，監(jiān)控終端接收該報(bào)文用以檢測該節(jié)點(diǎn)狀態(tài).

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