CANopen协议介绍（中文）.pdf

### CANopen协议详解 #### 一、引言 CANopen是一种广泛应用于欧洲的高层协议，它基于Controller Area Network (CAN) 总线技术，并由CAN in Automation (CiA) 组织标准化。作为一种开放标准，CANopen允许不同制造商生产的设备在同一个CAN网络中无缝通信，实现了设备间的互操作性和互换性。 #### 二、CANopen协议概述 ##### 2.1 OSI模型中的位置 在OSI七层模型中，CANopen协议主要位于应用层(Application Layer)，但它也涉及到了数据链路层(Data Link Layer)的部分功能。由于现场总线通常仅包含一个网段，因此不需要传统的OSI模型中的第三层（网络层）和第四层（传输层），以及第五层（会话层）和第六层（表示层）。 ##### 2.2 CAN与CANopen的关系 - **CAN**：定义了第一层（物理层）和第二层（数据链路层）的规范，但未定义应用层。这使得CAN成为一种灵活的基础层协议，可以支持多种高层协议。 - **CANopen**：作为高层协议，它补充了CAN的不足，定义了如何使用CAN报文中11/29位标识符以及8字节数据的有效负载部分。此外，它还定义了标准的通讯模式和服务，如设备配置、状态监测等。 #### 三、CANopen的核心概念 ##### 3.1 对象字典 (Object Dictionary, OD) - **定义**：对象字典是CANopen协议的核心组成部分，它定义了设备的所有属性和服务，包括数据类型、变量、对象和服务。 - **结构**：对象字典通常分为两部分：标准对象和设备特定对象。标准对象是由CiA定义的，确保所有遵循标准的设备具有相同的基本特性和行为。设备特定对象则由制造商自定义，以满足特定的应用需求。 - **作用**：对象字典提供了一种标准化的方式来描述和访问设备的功能特性，使得不同制造商的产品能够在同一网络中相互通信。 ##### 3.2 CANopen通讯 - **通讯模式**：CANopen支持多种通讯模式，包括： - **同步**：用于时间关键型应用，确保所有节点在同一时间点接收同步信号。 - **心跳**：用于监测节点的状态。 - **紧急**：用于发送紧急消息，优先级高于其他消息。 - **过程数据**：用于交换实时数据。 - **服务数据**：用于执行特定服务，如诊断、配置等。 ##### 3.3 CANopen预定义连接集 - **定义**：连接集定义了特定类型设备的通讯需求，即哪些对象字典条目必须通过哪种通讯服务来进行访问。 - **作用**：通过预定义连接集，可以简化设备之间的配置过程，确保设备之间按照既定的规则进行交互。 ##### 3.4 CANopen标识符分配 - **COB-ID (Communication Object Identifier)**：是CANopen中用于唯一标识每个消息的标识符。COB-ID的分配遵循一定的规则，以区分不同的通讯类型和服务。 - **分配规则**：COB-ID的分配考虑了同步、心跳、紧急、过程数据和服务数据等不同类型的通讯。例如，某些特定范围内的COB-ID被保留用于紧急消息。 ##### 3.5 CANopen启动过程 - **定义**：当CANopen网络中的设备启动时，它们会执行一系列步骤来初始化其功能并加入网络。 - **过程**： - **初始化阶段**：设备复位后进入初始状态。 - **预操作阶段**：设备准备接受网络管理命令。 - **操作阶段**：设备已准备好进行正常的数据交换。 ##### 3.6 CANopen消息语法细节 - **格式**：CANopen消息通常由一个标识符和最多8字节的有效负载组成。 - **标识符**：标识符确定消息的类型和目的地。 - **有效负载**：根据不同的服务类型，有效负载可能包含控制命令、数据值或其他信息。 #### 四、总结 CANopen作为一种基于CAN总线的高层协议，在欧洲及全球范围内得到了广泛的应用和支持。通过对对象字典、通讯模式、标识符分配等方面的标准化定义，CANopen不仅提升了设备间的互操作性，还大大简化了网络配置和管理的复杂度。随着工业自动化领域的不断发展，CANopen将继续发挥其重要作用，促进不同设备间的高效协作。