CAN总线的浅析CANopen协议
CANopen协议讲解
CANopen协议讲解一、引言CANopen是一种基于CAN总线的通信协议，用于实现分布式控制系统中的设备之间的通信。
本协议旨在详细介绍CANopen协议的基本原理、通信机制、数据结构和应用领域。
二、协议概述1. 协议定义：CANopen是一种开放的、标准化的通信协议，用于实现CAN总线上的设备之间的通信和数据交换。
2. 协议特点：a. 灵活性：CANopen协议支持多种数据类型和通信方式，适用于不同的应用场景。
b. 可扩展性：协议定义了一系列标准对象和服务，可以根据实际需求进行扩展和定制。
c. 实时性：CANopen协议采用基于事件驱动的通信机制，支持实时数据传输和处理。
d. 可靠性：协议提供了错误检测和纠正机制，保证通信的可靠性和稳定性。
三、通信机制1. 帧格式：CANopen协议使用标准的CAN数据帧格式进行通信，包括标识符、数据长度码和数据域等字段。
2. 节点地址：每个CANopen设备都有一个唯一的节点地址，用于识别和寻址设备。
3. 通信对象：CANopen协议定义了一系列标准对象，包括数据对象、远程对象和服务对象等，用于实现设备之间的数据交换和控制。
4. 状态机：CANopen设备通过状态机进行通信管理，包括节点状态、网络状态和通信状态等。
四、数据结构1. 数据类型：CANopen协议支持多种数据类型，包括布尔型、整型、浮点型、字符串型等。
2. 对象字典：CANopen设备使用对象字典来管理和存储数据对象，包括输入对象、输出对象和配置对象等。
3. PDO：PDO（Process Data Object）用于实现实时数据传输和同步控制，包括TPDO（Transmit PDO）和RPDO（Receive PDO）两种类型。
五、应用领域1. 工业自动化：CANopen协议广泛应用于工业自动化领域，用于实现分布式控制系统中的设备之间的通信和数据交换。
2. 汽车电子：CANopen协议被用于汽车电子系统中，如发动机控制、车身控制、底盘控制等。
CANopen协议CAN总线的通信协议
CANopen协议CAN总线的通信协议CANopen协议是一种广泛应用于现代工业自动化领域的通信协议，它基于CAN总线技术，为设备之间的通信提供了一套规范和标准化的方式。
本文将介绍CANopen协议的基本原理、通信对象和通信过程。
一、CANopen协议的基本原理CANopen协议是建立在CAN总线之上的，因此首先需要了解CAN总线的基本原理。
CAN总线是一种多主机、多从机的串行通信系统。
它采用差分信号传输的方式，具有低成本、抗干扰能力强、可靠性高等特点。
CANopen协议基于CAN总线，定义了一系列的对象字典和通信服务，用于设备之间的数据交换和控制。
设备可以根据对象字典的内容来读取和写入数据，也可以通过通信服务来实现不同设备之间的通信。
二、CANopen协议的通信对象CANopen协议定义了丰富的通信对象，包括节点、对象字典和数据类型等。
其中，节点是CANopen网络中的实体，可以是主控节点或从节点。
主控节点负责整个网络的管理和控制，而从节点则负责执行具体的任务。
对象字典是CANopen协议的核心，它存储了设备的参数、状态和控制信息等。
对象字典中的每个对象都有一个唯一的标识符，用于标识该对象的类型和属性。
通过读取和写入对象字典中的数据，设备之间可以进行数据交换和共享。
CANopen协议还定义了一系列的数据类型，如布尔型、整型、实型和字符串型等。
这些数据类型可以用于描述设备的各种参数和状态，同时也可以作为通信对象的数据格式。
三、CANopen协议的通信过程CANopen协议的通信过程可以分为以下几个步骤：1. 初始化：CANopen网络在启动时需要进行初始化，包括网络配置、节点配置和通信参数的设置。
2. 启动：主控节点向从节点发送启动命令，从节点根据接收到的命令进行初始化和配置，并报告自身的状态。
3. 数据传输：设备之间通过读取和写入对象字典来进行数据的传输。
主控节点可以向从节点发送读取或写入对象的命令，从节点则根据命令进行相应的操作并回复结果。
CANopen协议讲解
根据DS301的内容进行介绍1、CAN总线CAN标准报文2、CANopen应用层协议CANopen 协议不针对某种特别的应用对象，具有较高的配置灵活性，高数据传输能力，较低的实现复杂度。
同时，CANopen 完全基于CAN 标准报文格式，而无需扩展报文的支持，最多支持127个节点，并且协议开源。
一个标准的CANopen 节点（下图），在数据链路层之上，添加了应用层。
该应用层一般由软件实现，和控制算法共同运行在实时处理单元内。
一个标准的CANopen 节点CANopen 应用层协议细化了CAN 总线协议中关于标识符的定义。
定义标准报文的11 比特标识符中高4 比特为功能码，后7 比特为节点号，重命名为通讯对象标识符（COB-ID）。
功能码将所有的报文分为7个优先级，按照优先级从高至低依次为：网络命令报文（NMT）同步报文（SYNC）紧急报文（EMERGENCY）时间戳（TIME）过程数据对象（PDO）服务数据对象（SDO）节点状态报文（NMT Err Control）7 位的节点号则表明CANopen 网络最多可支持127个节点共存（0 号节点为主站）。
下表给出了各报文的COB-ID 范围。
NMT 命令为最高优先级报文，由CANopen 主站发出，用以更改从节点的运行状态。
SYNC 报文定期由CANopen 主站发出，所有的同步PDO 根据SYNC报文发送。
EMERGENCY报文由出现紧急状态的从节点发出，任何具备紧急事件监控与处理能力的节点会接收并处理紧急报文。
TIME 报文由CANopen 主站发出，用于同步所有从站的内部时钟。
PDO 分为4 对发送和接收PDO，每一个节点默认拥有4对发送PDO 和接收PDO，用于过程数据的传递。
SDO 分为发送SDO 和接收SDO，用于读写对象字典。
MT Error Control报文由从节点发出，用以监测从节点的运行状态。
状态机CANopen 的每一个节点都维护了一个状态机。
CAN总线的浅析CANopen协议
CAN总线的浅析CANopen协议在设计嵌入式系统，尤其是分布式嵌入式系统时，解决好系统各单元间可靠、有效的通信是系统设计成败的关键，对实时性和安全可靠性要求高的网络而言就更是如此。
解决这一问题有多种方案，如RS232/485串行总线、CAN、ProfitBus、FF、WorldFIP、LonWorks等各类型的现场总线，还有嵌入式以太网等。
其中，尽管RS485串行总线协议的性能不高，但由于其在硬件成本以及开发简便性上的巨大优势，目前仍然是国内广泛的总线应用。
随着嵌入式系统应用的发展，RS485性能上的不足逐渐显露出来，已经不能满足设计一个高性能、高实时性系统的要求。
尽管还需要实践的证明，但笔者经过多年的观察和实践，感觉到CAN总线是其中最有希望成功的。
选择CAN总线实现通信的原因选择CAN总线作为最佳候选者，主要是基于以下几方面原因：CAN串行总线具有高性能CAN的传输距离可以达到10公里；通信速率最高可达1Mbps；具有完善的错误检测机制；采用“多重访问冲突仲裁”机制的帧传输方式，可保证不丢失信息；每一帧中最多可以传输8个字节数据，可提供很高的实时性等等。
性能上的优势保证了CAN可以应用在很多的领域，在汽车工业、船舶运输、机械控制、工厂自动化、楼宇自动化等都可以看到CAN的应用。
CAN在硬件成本上很具优势除了性能外，和其它现场总线相比，CAN总线在硬件成本上也有很大优势。
从硬件芯片上来说，智能节点要收发信息需要一个CAN控制器和一个CAN收发器。
经过20多年的发展，CAN已经获得了国际上各大半导体制造商的大力支持，据CAN最主要的推广组织CIA(自动化CAN)统计，目前已经有20余种CAN控制器和收发器可供选择，片内集成CAN控制器的单片机更多达100余种。
CAN在开发成本上的优势也很明显目前，从广泛应用的8位/16位单片机，到DSP和32位的PowerPC、ARM等嵌入式处理器，均在芯片内部含有CAN总线硬件接口单元。
CANopen协议浅析(一)
CANopen通信对象 通信对象
Type 0：非周期同步,只有当节点 只有当节点PDO数据发生改变后,节点 收到SYNC时,才会更新并传送一笔 才会更新并传送一笔PDO数据信息. 在异步模式中,若从站中的Event timer 为0ms,则只有当从站的数 Event 据发生变化时,才会向主站回传数据 才会向主站回传数据;若为非0值,则每隔一个event timer时间,即向主站回传一笔数据 即向主站回传一笔数据.
Consumer(s
Remote Frame Remotely requested Producer
Consumer(s
Sync Synchronous transmission (cyclic,acyclic) Producer
Consumer(s
CANopen通信对象 通信对象
PDO 的传输类型:
CANopen协议是由CiA（ （CAN-in-Automation）定义并 维护的协议之一,它是在CAL CAL（CAN Application Layer）协 议基础上开发的,使用了CAL CAL通信和服务协议子集.
CANopen在发布后不久就获得了广泛的承认 在发布后不久就获得了广泛的承认,尤其在欧 洲, CANopen被认为是在基于 被认为是在基于CAN的工业系统中领导地位 的标准.目前被广泛地用于智能楼宇 目前被广泛地用于智能楼宇，嵌入式系统,车载设备, 医疗装置等应用领域中.
CANopen通信对象 通信对象
CANopen 网络中信息传输采用的三种通信模式 网络中信息传输采用的三种通信模式:
Producer/Consumer Model Client/Server Model Master/Slave Model
CAN总线与CANopen协议
CAN总线与CANOpen协议一CAN总线简介1．1 引言在20世纪90年代的汽车研究领域，采用总线分布式控制获得了很大的成功。
用户要求汽车的控制系统具有优越的性能以保证汽车的安全性和舒适性，因此越来越多的具有超强计算能力的电子设备加载在汽车上。
这就要求不同的电子设备之间能够进行通信和数据交换，以达到信息共享协调工作的目的。
德国的博世公司（Bosch）率先将CAN总线（Controller Area Network）应用于汽车电子控制系统，解决了控制系统的部件之间的以及控制系统与测试设备主机的数据交换问题，替代了原有网络（用于车体控制的LIN网络、用于厂内环境控制的MOST 网络及原有车内通信的Flecray网络等）实现的功能。
由于其独特的设计思想和高可靠性，在不同总线标准的竞争中获得了广泛的认可，并逐渐成为汽车最基本的控制网络，广泛应用于火车、机器人、楼宇控制、机械制造、数字机床、医疗器械、自动化仪表等领域。
图1.1 早期的ECU（汽车电子控制单元）通信CAN总线是一种串行通信协议，具有较高的通信速率的和较强的抗干扰能力，可以作为现场总线应用于电磁噪声较大的场合。
由于CAN总线本身只定义ISO/OSI模型中的第一层（物理层）和第二层（数据链路层），通常情况下CAN 总线网络都是独立的网络，所以没有网络层。
在实际使用中，用户还需要自己定义应用层的协议，因此在CAN总线的发展过程中出现了各种版本的CAN应用层协议，现阶段最流行的CAN应用层协议主要有CANopen、DeviceNet和J1939等协议。
图1.2 基于总线（CAN）的ECU通信1.2 CAN总线的特点CAN总线并不采用物理地址的模式传送数据，而是每个消息有自己的标识符用来识别总线上的节点。
标识符主要有2个功能：消息滤波和消息优先级确定。
节点利用标识符确定是否接收总线上的传送的消息当有2个或更多节点需要传送数据时，根据标识符确定消息的优先级。
CANopen协议之CAN总线简介
CANopen协议之CAN总线简介
广州致远电子有限公司
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2009(035)006
【摘要】随着汽车工业的发展，20世纪80年代中期，率先由Bosch公司研发出新一代的汽车总线即控制器局域网CAN（Controller Area Network）总线，CAN总线具有布线简单、典型的总线型结构、可最大限度地节约布线与维护成本、稳定可靠、实时、抗干扰能力强、传输距离远等特点，这些都决定了CAN总线必定是一种成功的总线。
【总页数】2页(P36-37)
【作者】广州致远电子有限公司
【作者单位】(Missing)
【正文语种】中文
【相关文献】
1.CAN总线的浅析CANopen协议 [J], 吕京建;张宏韬
2.基于CAN总线的CANopen协议讲座(6)嵌入式CANopen协议栈开发模块——TinyARM [J],
3.基于CANopen协议的电动执行机构CAN总线通信设计 [J], 魏磊;赵发勇;陈卫兵;唐义甲
4.基于CAN总线的CANopen协议讲座(2) CANopen协议简介 [J],
5.基于CAN总线的CANopen协议讲座(12) 如何快速实现CANopen网络的组建与配置——基于CANopen协议的通信网络 [J],
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CANopen协议讲解
CANopen协议讲解CANopen是一种基于CAN总线的通信协议，用于工业自动化领域中设备之间的数据交换和控制。
它是由CAN in Automation (CiA)组织开发和维护的，目前已成为工业领域最常用的开放式通信协议之一。
本文将详细介绍CANopen协议的基本原理、通信结构、数据通信方式以及应用领域等内容。
1. CANopen协议的基本原理CANopen协议基于CAN总线，采用了面向对象的通信模型。
它将设备抽象为对象，每个对象具有唯一的标识符，通过读写对象字典中的数据来实现设备之间的通信。
CANopen协议还定义了一套标准的通信服务和对象类型，使得不同厂商的设备可以互相兼容和交互。
2. CANopen协议的通信结构CANopen协议采用了主从式的通信结构，其中一个节点作为主节点，其他节点作为从节点。
主节点负责控制总线的访问和数据传输，从节点负责接收和响应主节点的指令。
主节点和从节点之间的通信通过报文进行，包括数据报文和远程帧。
3. CANopen协议的数据通信方式CANopen协议支持多种数据通信方式，包括点对点通信、广播通信和组播通信。
点对点通信是指主节点与特定从节点之间的通信，广播通信是指主节点向所有从节点发送相同的指令，组播通信是指主节点向特定组内的从节点发送指令。
4. CANopen协议的对象字典CANopen协议使用对象字典来存储设备的数据和配置信息。
对象字典是一个由多个对象组成的数据结构，每个对象包含了标识符、数据类型、访问权限等信息。
通过读写对象字典中的数据，可以实现设备之间的数据交换和控制。
5. CANopen协议的应用领域CANopen协议广泛应用于工业自动化领域，包括机械设备、工厂自动化、物流系统等。
它提供了可靠的数据传输和实时性能，适用于各种复杂的控制和监测应用。
CANopen协议还支持设备的配置和诊断功能，使得系统维护和故障排除更加方便。
总结：CANopen协议是一种基于CAN总线的通信协议，用于工业自动化领域中设备之间的数据交换和控制。
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CAN总线的浅析CANopen协议
作者：IC 文章来源：本站原创点击数：288 更新时间：2005-5-23
通过采用高层协议将CAN的应用推向深化,和其他的现场总线相比，CAN只定义了物理层和数据链路层的规范（遵循OSI标准），这种设计和CAN规范定义时的历史条件有关，也可以使CAN能够更广泛地适应不同的应用条件，但必然给用户应用带来一些不便。
用户在应用CAN协议时，必须自行定义高层协议。
如何将CAN协议的应用推向更深的层次，同时满足产品的兼容和互操作性？国际上通行的办法是发展基于CAN的高层应用协议，只用在应用层上，不同公司的产品才可能实现互操作，好的应用层协议更可以为用户带来系统性能的飞跃。
在CAN总线协议飞速发展的20年中，很多领域都制定了CAN在该领域应用时所采用的高层协议规范。
其中，比较著名的有美国汽车工程师协会(SAE)制定的车内通信规范J1939等。
这些协议和规范对CAN的推广起了很大的作用，但总体来说，协议的模块化特性都不太好，一般只能应用于特定的领域。
为了能够把CAN推广到更多的领域，欧洲一些公司推出了CAL(应用层CAN)协议，尽管CAL在理论上正确，并在工业上可以投入应用，但每个用户都必须设计一个新的子协议，因为CAL 是一个真正的应用层协议。
CAL 可以被看作一个应用CAN 方案的必要理论步骤，但在这一领域它不会被推广。
从1993 年起，由Bosch公司领导的一个欧洲机构研究出一个协议原型，由此发展成为CANopen规范。
CANopen是一个基于CAL的子协议，采用面向对象的思想设计，具有很好的模块化特性和很高的适应性，通过扩展可以适用于大量的应用领域。
在CANopen规范基本完成之后，Bosch将其移交给CIA组织，由其进行维护与发展。
在1995年，CIA发表了完整版的CANopen通信子协议；仅仅用了5年的时间，它已成为全欧洲最重要的嵌入式网络标准。
CANopen
不仅定义了应用层和通信子协议，而且为可编程系统、不同器件、接口、应用子协议定义了大量的行规，遵循这些行规开发出的CANopen设备将能够实现不同公司产品间的互操作。
另外，CANopen 协议是免许可证的，任何组织和个人都可以开发支持CANopen协议的设备而不用支付版税，这也是CANopen得到迅猛发展的重要原因之一。
CANopen目前已在汽车工业控制系统，公共交通运输系统，医疗设备，海运电子设备和建筑自动化系统中取得了广泛的应用，是将CAN应用推向深化的理想选择。
采用CANopen协议
实现通信
CANopen协议中包含了标准的应用层规范和通信规范，其通信模型如图1所示。
在CANopen的应用层，设备间通过相互交换通信对象进行通信。
良好的分层和面向对象的设计思想将带给用户一个清晰的通信模型。
CANopen设备模型
一个CANopen设备模块可以被分为3部分，如图2所示。
通信接口和协议软件提供在总线上收发通信对象的服务。
不同CANopen设备间的通信都是通过交换通信对象完成的。
这一部分直接面向CAN控制器进行操作。
对象字典描述了设备使用的所有的数据类型，通信对象和应用对象。
是一个CANopen设备的核心部分。
对象字典位于通信程序和应用程序之间，向应用程序提供接口，应用程序对对象字典进行操作就可以实现CANopen通信。
理解对象字典的概念是理解CANopen模型的关键。
应用程序由用户编写，包括功能部分和通信部分。
通信部分通过对对象字典进行操作实现CANopen通信，而功能部分由用户根据应用要求实现。
CANopen网络的通信和管理都是通过不同的通信对象来完成的，为了能够实现通信，网络管理，紧急情况处理等功能，CANopen规范定义了四类标准的通信对象：
·进程数据对象(PDO)
第一类通信对象为进程数据对象。
PDO被映射到单一的CAN帧中，使用所有的8个字节的数据域来传输应用对象。
每个PDO有一个独立的标识符并且可能只被一个节点发送，但它可以被多于一个节点接收，这种模式被称之为生产者/消费者通信模式。
PDO可以通过多种模式传送，内部事件，外部时钟，远程帧请求以及从特定节点接收到同步报文都可以启动PDO发送。
·服务数据对象(SDO)
第二类通信对象为服务数据对象，该对象可以传输大于8个字节的配置信息。
也就是说，SDO传送协议允许传送任意长度的对象。
接收者将确认收到的每个段信息，发送和接收者间将建立点对点的通信，称之为客户机/服务器模式。
未来，CANopen将允许快速传输SDO，不必对传送的每个段都进行确认，只要在整个对象传送完毕后进行确认即可。
·网络管理对象(NMT)
第三类通信对象是网络管理对象，包括节点警戒对象以及NMT对象。
节点警戒对象是由NMT主节点远程请求发送的带有1字节数据的CAN帧，一个字节的数据中包含1个触发位以及7个用于表示节点状态的数据位。
NMT主节点将周期性地发送节点警戒对象。
发送周期(警戒时间)的长度在对象字典中规定并且可以通过SDO进行配置。
另外，系统还定义了生命警戒时间，NMT主节点要在生命警戒时间过后向NMT从节点发送远程请求。
这种机制保证了即使NMT主节点不在了，系统中的其他节点也可以通过用户定义的方式进行回应。
·特殊功能对象
CANopen还为同步，紧急状态表示以及时间标记传送定义了三个特定的对象。
同步对象由同步制造者向网络进行周期性广播，该对象将提供基本的网络时钟。
当设备发生严重的内部错误时，相关的一个紧急状态客户机将发送一个紧急状态对象。
时间标记对象将为应用设备提供公共的时间帧参考。
要理解CANopen规范，核心是要理解CANopen的设备模型和各类型的通信对象。
掌握了这两者后，通过利用各类标准的设备描述就可以开发出符合国际标准的CANopen设备了。
展望
最近一段时期，国内开发、应用CAN系统的人员正在逐渐增多，对CAN协议的研究也在不断加深。
在很多领域，如研制电动汽车和混合动力汽车的863重大课题，已经将CAN作为标准的车内通信协议确定下来。
电力，航天等部门也在CAN方面取得了不小的应用成绩。
在CAN应用蓬勃发展的时候，我们也应当清醒地看到，尽管CAN协议在欧美已经发展了20年，应用层协议的发展也差不多有10年时间，但目前国内大多数的应用系统仍然基于CAN2.0B规范开发，还不能在应用层的水平上进一步深入，这不能不说是很遗憾的事情。
另外，国内研究、开发CAN协议，尤其是CAN高层协议的组织和人员还太少，这对CAN在中国的推广是十分不利的，笔者诚切希望更多的有识之士能够加入这一行列。
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参考文献
1 ‘CiA Draft Standard 301 (Version 4.02).’
2 Prof. Dr.-Ing. K. Etschberger, ‘CA N-based Higher Layer Protocols and
Profiles.’。