CANopen協(xié)議詳情講解

實用標準文案精彩文檔根據DS301的內容進行介紹1、CAN總線CAN標準報文2、CANopen應用層協(xié)議CANopen協(xié)議不針對某種特別的應用對象，具有較高的配置靈活性,高數(shù)據傳輸能力，較低的實現(xiàn)復雜度。同時，CANopen完全基于CAN標準報文格式，而無需擴展報文的支持，最多支持127個節(jié)點，并且協(xié)議開源.一個標準的CANopen節(jié)點（下圖），在數(shù)據鏈路層之上，添加了應用層。該應用層一般由軟件實現(xiàn),和控制算法共同運行在實時處理單元內.一個標準的CANopen節(jié)點CANopen應用層協(xié)議細化了CAN總線協(xié)議中關于標識符的定義。定義標準報文的11比特標識符中高4比特為功能碼，后7比特為節(jié)點號，重命名為通訊對象標識符(COB-ID）。功能碼將所有的報文分為7個優(yōu)先級，按照優(yōu)先級從高至低依次為：網絡命令報文（NMT）同步報文（SYNC）緊急報文(EMERGENCY）時間戳（TIME）過程數(shù)據對象（PDO）服務數(shù)據對象（SDO)節(jié)點狀態(tài)報文（NMTErrControl)7位的節(jié)點號則表明CANopen網絡最多可支持127個節(jié)點共存（0號節(jié)點為主站）.下表給出了各報文的COB-ID范圍.NMT命令為最高優(yōu)先級報文，由CANopen主站發(fā)出，用以更改從節(jié)點的運行狀態(tài)。SYNC報文定期由CANopen主站發(fā)出，所有的同步PDO根據SYNC報文發(fā)送。EMERGENCY報文由出現(xiàn)緊急狀態(tài)的從節(jié)點發(fā)出，任何具備緊急事件監(jiān)控與處理能力的節(jié)點會接收并處理緊急報文。TIME報文由CANopen主站發(fā)出，用于同步所有從站的內部時鐘.PDO分為4對發(fā)送和接收PDO，每一個節(jié)點默認擁有4對發(fā)送PDO和接收PDO，用于過程數(shù)據的傳遞。SDO分為發(fā)送SDO和接收SDO，用于讀寫對象字典.MTErrorControl報文由從節(jié)點發(fā)出，用以監(jiān)測從節(jié)點的運行狀態(tài)。狀態(tài)機CANopen的每一個節(jié)點都維護了一個狀態(tài)機。該狀態(tài)機的狀態(tài)決定了該節(jié)點當前支持的通訊方式以及節(jié)點行為。初始化時，節(jié)點將自動設置自身參數(shù)和CANopen對象字典，發(fā)出節(jié)點啟動報文，并不接收任何網絡報文。初始化完成后，自動進入預運行狀態(tài).在該狀態(tài)，節(jié)點等待主站的網絡命令，接收主站的配置請求，因此可以接收和發(fā)送除了PDO以外的所有報文。運行狀態(tài)為節(jié)點的正常工作狀態(tài)，接收并發(fā)送所有通訊報文。停止狀態(tài)為一種臨時狀態(tài)，只能接收主站的網絡命令，以恢復運行或者重新啟動.CANopen節(jié)點狀態(tài)轉換圖CANopen節(jié)點狀態(tài)轉換條件3、DeviceModelCommunication提供通信對象和傳輸經過底層的數(shù)據的適當功能；ObjectDictionary對此設備上的應用程序對象，通信對象和狀態(tài)機的行為有影響的所有數(shù)據項的集合。Application由在處理環(huán)境方面的設備功能組成.設備應用在數(shù)據條目中的完整描述在對象字典中叫設備子文件(deviceprofile）4、OD每個節(jié)點維護一個對象字典（ObjectDictionary，OD)。該對象字典保存了節(jié)點信息、通訊參數(shù)和所有的過程數(shù)據,是CANopen節(jié)點的核心數(shù)據結構。上層應用程序也主要通過讀寫對象字典和CANopen應用層進行交互。CANopen對象字典為兩級數(shù)組結構，通過索引（16bits）和子索引（8bits)來編址。設備子文件中最重要的就是對象字典的描述，對象字典在slave節(jié)點中一般是在設備初始化寫好的不會修改，而在master節(jié)點中可以在運行過程中動態(tài)修改，不修改的OD一般存在ROM中，而修改的存在RAM中。由于它是由16bits的位索引，所以最多有65536個entries.根據節(jié)點所支持的通訊方式,每一個節(jié)點都必須實現(xiàn)1000h～1FFFh當中的一個必要子集,同時實現(xiàn)6000h以上部分的數(shù)據區(qū)。數(shù)據區(qū)大小由節(jié)點的功能自行決定.1000h以下部分所有的節(jié)點都不需實現(xiàn).對象字典作為在CAN總線上連接application和通信的媒介，其允許來自application數(shù)據在CAN網絡上進行交換。CANopen定義了可以進入對象字典的服務和通信對象。每一個入口通過索引和子索引來編址。在一個主索引里中的子索引入口的類型和屬性可能會變化.5、PDO數(shù)據處理對象(PDO)特別適合快速的數(shù)據處理傳輸.通信模塊針對這些數(shù)據處理對象定義了一個PDOproducer和一個或多個PDOconsumers。PDO的傳輸是由事件觸發(fā)的,這樣的事件可以是代表一個PDO變量的變化;可以是時間的過期或者是接收到一個特定的消息。過程數(shù)據直接在一個CAN消息中傳輸而不需要協(xié)議頭文件.一個PDO的長度是在0到8個字節(jié)之間。PDOs包含在其映射參數(shù)和通信參數(shù)中。TPDOs和RPDOs的最大的數(shù)可以被定義為512。一個簡單的CANopen設備一般支持4個PDOs。實際當中,對一個具體的CANopen設備而言，其PDOs的個數(shù)由應用層或設備profile來決定的。3。1PDO的結構—映射參數(shù)在對象詞典中一個PDO由臨近的條目構成。所謂的映射參數(shù)定義了這些條目的連接.一個映射參數(shù)通過索引、分索引和位數(shù)定義數(shù)據源.例如:一個CAN消息最多有8個字節(jié)。這意味著當使用一個PDO時，在一個PDO中發(fā)送8個字典的對象條目。3.2PDO的結構—通信參數(shù)為了傳輸一個PDO，通信參數(shù)定義了傳輸?shù)男再|和CAN標識符(CANidentifier)。PDO通信參數(shù)是在對象詞典的條目（RPDOs：index0x1400–0x15FF,TPDOs：0x1800—0x19FF）如果允許，映射參數(shù)在數(shù)據服務對象幫助下可以通過CAN修改。3。2COB—ID（CAN標識符,分索引1）COB-ID作為身份證明，PDO的優(yōu)先權在總線入口（access）之前。對于每一個CAN消息來說只允許有一個發(fā)送者（生產者）。然而，對這個已存在的消息來說其允許多個接收者（消費者)。位30=0,著對這個PDO來說一個遠程發(fā)送請求（RTR)是被允許.3。3PDO連接的例子設備A的輸入2和3被轉移到設備B的輸出1和3。兩個設備都支持完全映射。傳輸和接收都是PDOs使用的是相同的標識符0x01C0。因此設備B自動的接收由設備A發(fā)送的PDO。設備B作為接收者根據映射原理分析數(shù)據：它傳遞第一個字節(jié)到輸出1，傳遞第二個字節(jié)到輸出3.在另一方面，發(fā)送設備A以同樣的字節(jié)存儲它的輸入2和3。6、SDO數(shù)據字典作為應用層和通信層的主要數(shù)據交換媒介.一個CANopen設備的所有數(shù)據的入口可以通過對象字典來管理。每一個對象字典的入口可以用索引和子索引來表示其地址。CANopen定義了所謂的SDO就是用于進入到這些入口。通信模塊基于客戶-服務器框架上的數(shù)據交換。讀或寫入口總是由客戶來初始化并且是由服務器服務.每一個CANopen設備必須有一個數(shù)據服務對象服務器來進入到它的對象字典。SDO發(fā)送需要兩類不同的COBIDs(CANidentifier)。第一個COBID用于從客戶到服務器發(fā)送一個請求。服務器通過第二個COBID發(fā)送反饋信號到客戶。不同的COBID必須用于各自的方向以防止在CAN總線上的沖突。通信profile定義了COBIDs可以用defaultSDPserver.每一個CANopen設備可以處理127個SDOservers.CANopen標準CiADS-301定義了不同的協(xié)議用于發(fā)送SDOs。讀OD入口稱作為上傳,寫入口稱為下載。一個正在進行的發(fā)送可以在終止轉移服務幫助下由客戶或服務器來中斷。TPDO傳輸?shù)氖遣蓸拥臄?shù)據,當發(fā)生觸發(fā)TPDO傳輸?shù)氖录r，各個TPDO根據自己的傳輸類型決定是否進行采樣并傳輸。TPDO的傳輸分為同步和異步兩大類，傳輸類型為同步的，需要在接收到同步消息（SYNC）時采樣數(shù)據。同步又分為周期和非周期兩種.傳輸類型0為非周期傳輸，表示只有接收到同步消息并且規(guī)定的事件發(fā)生才進行采樣數(shù)據發(fā)送，具體是在收到同步對象后，判斷規(guī)定的事件是否發(fā)生,如果發(fā)生則進行采樣并觸發(fā)TPDO的發(fā)送。傳輸類型1～240為周期傳輸，傳輸類型的值表示在接收到對應個數(shù)的同步消息后采樣并觸發(fā)TPDO的發(fā)送,例如某個TPDO的傳輸類型為10，就表示此TPDO每次接收到10個同步消息后采樣并發(fā)送數(shù)據。傳輸類型252為非周期傳輸,在接收到同步對象后進行采樣但不發(fā)送，在接收到請求該數(shù)據的遠程幀后發(fā)送.傳輸類型253—255為異步傳輸，定義為此三種類型的TPDO在接收到遠程幀或規(guī)定的事件發(fā)生后進行傳輸.7、CANopen中的協(xié)議CANmessageinCANopen數(shù)據放在CAN幀中是按最小位在前的順序存放.NMTprotocol設置節(jié)點進入操作設置節(jié)點進入停止設置節(jié)點進入預操作設置節(jié)點進入復位應用設置節(jié)點進入復位通信配置所有節(jié)點時,使用nodeID=00NodeGuardProtocol主節(jié)點發(fā)送下列命令來詢問節(jié)點的狀態(tài)節(jié)點響應HeartBeatProtocol節(jié)點周期傳送它的狀態(tài)。BootupProtocol節(jié)點進入預操作狀態(tài)時，它發(fā)送：SDOprotocol所有SDO幀都具有相同的CAN幀長度：8bytes數(shù)據和rtr=0。SDODownloadexpeditedprotocol為了寫0xd0d1…到服務器節(jié)點對象字典,客戶機發(fā)送請求：SDOUploadexpeditedprotocol為了讀0xd0d1…到服務器節(jié)點對象字典，客戶機發(fā)送請求:SDOabortprotocolAbortcode（hexa)05030000Togglebitnotalternated05040000SDOprotocoltimedout05040001Client/servercommandspecifiernotvalidorunknown05040002Invalidblocksize(blockmodeonly）05040003Invalidsequencenumber(blockmodeonly)05040004CRCerror（blockmodeonly)05040005Outofmemory06010000Unsupportedaccesstoanobject06010001Attempttoreadawriteonlyobject06010002Attempttowriteareadonlyobject06020000Objectdoesnotexistintheobjectdictionary06040041ObjectcannotbemappedtothePDO06040042ThenumberandlengthoftheobjectstobemappedwhouldexeedPDOlength06040043Generalparameterincompatibilityreason06040047Generalinternalincompatibilityinthedevice06060000Accessfailedduetoahardwareerror06070010Datatypedoesnotmatch,lengthofserviceparameterdoesnotmatch06070012Datatypedoesnotmatch，lengthofserviceparametertoohight06070013Datatypedoesnotmatch，lengthofserviceparametertoolow06090011Sub—indexdoesnotexist。06090030Valuerangeofparameterexceeded（onlyforwriteaccess)06090031Valueofparameterwrittentoohight06090032Valueofparameterwrittentoolow06090036Maximumvalueislessthanminimumvalue08000000Generalerror08000020Datacannotbetransferredorstoredtotheapplication08000021Datacannotbetransferredorstoredtotheapplicationbecauseoflocalcontrol08000022Datacannotbetransferredorstoredtotheapplicationbecauseofthepresentdevicestate08000023Objectdictionarydynamicgenerationfailsornoobjectdictionaryispresent.8、CANopen中PDO與SDO配置HowtoconfigureaPDOTransmit？例子:--—-配置PDO0x1800+n—-——它的COBID是0x387-—--該PDO始終觸發(fā)傳輸—--—它必須包含數(shù)據：dataX(2bytes），dataY（4bytes）,按下面的順序——dataX定義在索引0x6000，子索引03——dataY定義在索引0x2010，子索引211—索引1800+n，子索引01：寫COBID（4bytes）2—-子索引02：寫傳輸字節(jié)《t》（1byte)t=1to0xF0:PDO在每接到《t》個SYNC后被傳輸t=FD:在接收到PDO請求（rtr=1）后傳輸t=FF:根據事件進行傳輸，節(jié)點自發(fā)發(fā)送PDO3—索引1A00+n：定義第n個數(shù)據的映射子索引0：寫嵌入到PDO中的數(shù)據個數(shù)(1byte）,本例是，寫入《2》子索引1:定義在哪里尋找嵌入的第一個數(shù)據和大小。（8bytes）格式是：index(2bytes）–subindex（1byte)–sizeinbits(1byte）本例，寫入《60000310》子索引2：定義在哪里尋找嵌入的第二個數(shù)據和大小。(8bytes)本例，寫入《20102120》配置節(jié)點5的PDO1802在每3個SYNC傳輸，發(fā)送的SDO(s）應為60523021801000087036052F021802030000006052F021A000200000060523021A011003006060523021A0220211020什么是PDOTransmitedPAGEXXX〈onrequestPAGEXXX〉？當一個節(jié)點接受到帶有相同COBID的rtr，該PDO必須傳輸。例如：如果帶有COBID384的PDO被請求,它就必須被傳輸.HowtoconfigureaPDOReceive？例子-———配置PDO0x1400+n——--它的COBID是0x183—--—該PDO始終觸發(fā)傳輸——-—它必須包含數(shù)據：dataX(2bytes)，dataY(4bytes)，按下面的順序--dataX定義在索引0x6000，子索引03--dataY定義在索引0x2010,子索引211—索引1400+n,子索引01：寫COBID（4bytes）2--子索引02：寫傳輸字節(jié)《t》（1byte)t=1to0xF0：PDO在每接到《t》個SYNC后被傳輸t=FD:在接收到PDO請求(rtr=1）后傳輸t=FF:根據事件進行傳輸，節(jié)點自發(fā)發(fā)送PDO3—索引1600+n:定義映射子索引0：寫嵌入到PDO中的數(shù)據個數(shù)（1byte），本例是，寫入《2》子索引1:定義在哪里尋找嵌入的第一個數(shù)據和大小。（8bytes）格式是：index(2bytes）–subindex（1byte）–sizeinbits（1byte）本例，寫入《60000310》子索引2：定義在哪里尋找嵌入的第二個數(shù)據和大小。（8bytes）本例，寫入《20102120》配置節(jié)點5的PDO1802在每3個SYNC接收,發(fā)送的SDO（s）應為60523021401000083016052F021402030000006052F0216000200000060523021601100300606052302160220211020HowtoconfigureaSDOclient？在CANopen網絡,每一個slave節(jié)點實現(xiàn)一個SDO服務器（index1200），來接收來自client節(jié)點的SDO.缺省情況下，slave節(jié)點功能都是很好的配置的了。一般，slave節(jié)點不需要實現(xiàn)任何SDOclient,因為它不需要發(fā)送SDO到其他的節(jié)點。Master節(jié)點為了發(fā)送SDO到slave節(jié)點，它應該有幾個SDOclients(每個slave一個)。項必須被配置在1280，1281,…配置SDOclient定義在index0x1280+n來和節(jié)點nsl通信1–Index1280+n,subindex01:writethecobIdtransmit(4bytes）：600+nsl2–subindex02:writethecobIdreceive(4bytes)：580+nsl3–subindex03：writetheslavenodeid(1byte）：nsl（Optional）HowtoconfigureanodetosendtheSYNC?Index1006,subindex00:writetheperiodinmicroseconds。(4bytes）:例子:tosendaSYNCevery10(dec)ms（1000micro）,writethevalue:0x2710TheSDOshouldbeifitisthenode9：6092306100010270000Tostop,write0。Tostart，write0x40000080atindex0x1005，subindex0WhatistheSYNCmessage?Howtoconfigureanodetosenditsheartbeat?Tosenditsheartbeateverynmilliseconds：1–Index1017–subindex00：write《n》PAGEXXX（2bytes)：例子：tosendaheartbeatevery100ms,writethevalue：0x64TheSDOshouldbe，ifitisthenode9:6092B17100064000000Tostop，write0。9、CANopen如何修改對象字典的理解SDO的基本結構如下：Client→Server/Server→Client下載/上傳（Download/upload）請求/應答（Request/response）分段/加速傳送（Segmented/expeditedtransfer）CAN幀數(shù)據字節(jié)長度用于后續(xù)每個分段的交替清零和置位的觸發(fā)位（togglebit)SDO中實現(xiàn)了5個請求/應答協(xié)議：啟動域下載（InitiateDomainDownload）；域分段下載(DownloadDomainSegment）；啟動域上傳（InitiateDomainUpload）；域分段上傳(UploadDomainSegment）和域傳送中止（AbortDomainTransfer）?！煜螺d（Download）是指對對象字典進行寫操作，上傳（Upload）指對對象字典進行讀操作?！靺f(xié)議的SDO命令字(SDOCAN報文的第一個字節(jié)）語法和細節(jié)在下面部分說明：（‘－’表示不相關，應為0）.§讀取參數(shù)時，使用啟動域上傳(InitiateDomainUpload)協(xié)議§設置參數(shù)時，使用啟動域下載（InitiateDomainDownload）協(xié)議n：表示報文數(shù)據中無意義數(shù)據的字節(jié)數(shù)【從(8－n）字節(jié)到第7字節(jié)數(shù)據無意義】（當e=1且s=1時n有效，否則n為0)。e：e=0時正常傳送，e=1時加速傳送。s:表示是否指明數(shù)據長度,0為數(shù)據長度未指明，1為數(shù)據長度指明。e=0，s=0:由CiA保留。e=0,s=1：數(shù)據字節(jié)為字節(jié)計數(shù)器，byte4是數(shù)據低位部分（LSB）,byte7是數(shù)據高位部分(MSB）.e=1：數(shù)據字節(jié)為將要下載(download）的數(shù)據。Examples：※讀取參數(shù)發(fā)送SDO報文接收SDO報文（**為最大字節(jié)數(shù)據)※注：SDO報文發(fā)送時命令字均為0x40如果數(shù)據為1個字節(jié)，則接收命令字為0x4F如果數(shù)據為2個字節(jié)，則接收命令字為0x4B如果數(shù)據為3個字節(jié)，則接收命令字為0x47如果數(shù)據為4個字節(jié)，則接收命令字為0x43※修改參數(shù)時發(fā)送SDO報文（＊*為最大字節(jié)數(shù)據）如果數(shù)據為1個字節(jié),則發(fā)送命令字為0x2F如果數(shù)據為2個字節(jié)，則發(fā)送命令字為0x2B如果數(shù)據為3個字節(jié),則發(fā)送命令字為0x27如果數(shù)據為4個字節(jié)，則發(fā)送命令字為0x23接收SDO報文※注:SDO報文接收時命令字均為0x60讀取參數(shù)舉例Send:6014001650000000000->讀取6501h/00h地址的參數(shù)（節(jié)點地址01）（SingleTurnresolution:四個字節(jié))Receive:58143016500A08C0000-〉6501h/00h地址的參數(shù)值為0x00008CA0Send:6014000200000000000—>讀取2000h/00h地址的參數(shù)(Mode：一個字節(jié)）Receive:5814F00200000000000-〉2000h/00h地址的參數(shù)值為0x00寫入參數(shù)舉例Send:60123016500A08C0000->將6501h/00h地址的參數(shù)值設為0x00008CA0（SingleTurnresolution：四個字節(jié)）Receive：5816001650000000000—>6501h/00h地址的參數(shù)值修改成功Send：6012F00200000000000->將2000h/00h地址的參數(shù)值設為0x00（Mode：一個字節(jié))Receive：5816000200000000000->2000h/00h地址的參數(shù)值修改成功§注：參數(shù)修改后并沒有直接保存，必須在Object1010h：Saveparameters（保存參數(shù)）內進行“save”寫入才能保存所修改參數(shù)。在Sub－Index1寫入命令“save”（0x65766173h），參數(shù)將會存入存儲器。舉例:Send：6012310100173617665-〉將0x65766173h寫入1010h/01h地址Receive:581601010010