CAN及CANOPEN协议解析
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。
CANOPEN协议详解74011
一、C A N-B U S介绍1．CAN的基本概念、特点CAN是ControllerAreaNetwork的缩写（以下称为CAN），是ISO*1国际标准化的串行通信协议。
CAN协议如表3所示涵盖了ISO规定的OSI基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层。
CAN协议中关于ISO/OSI基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层，具体有哪些定义如图所示。
.ISO/OSI基本参照模型【注】*1OSI：OpenSystemsInterconnection（开放式系统间互联）CAN的特点CAN协议具有以下特点。
(1)多主控制在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制）。
最先访问总线的单元可获得发送权。
(2)消息的发送在CAN协议中，所有的消息都以固定的格式发送。
总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。
两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier以下称为ID）决定优先级。
ID并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。
两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较。
仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。
(3)系统的柔软性与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。
因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。
(4)通信速度根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。
在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。
即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。
不同网络间则可以有不同的通信速度。
(5)远程数据请求可通过发送“遥控帧”请求其他单元发送数据。
(6)错误检测功能·错误通知功能·错误恢复功能所有的单元都可以检测错误（错误检测功能）。
检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能）。
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。
can总线与canopen协议
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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（nmterrcontrol）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。
mterrorcontrol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。
CANOPEN协议详解【范本模板】
一、CAN—BUS介绍1．CAN的基本概念、特点CAN 是Controller Area Network的缩写(以下称为CAN），是ISO＊1国际标准化的串行通信协议。
CAN 协议如表3 所示涵盖了ISO 规定的OSI 基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层.CAN 协议中关于ISO/OSI 基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层，具体有哪些定义如图所示。
ISO/OSI 基本参照模型【注】*1 OSI：Open Systems Interconnection （开放式系统间互联）CAN的特点CAN 协议具有以下特点。
(1) 多主控制在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制)。
最先访问总线的单元可获得发送权。
(2) 消息的发送在CAN 协议中，所有的消息都以固定的格式发送。
总线空闲时,所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。
两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier 以下称为ID）决定优先级。
ID 并不是表示发送的目的地址,而是表示访问总线的消息的优先级。
两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID 的每个位进行逐个仲裁比较。
仲裁获胜(被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息,仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。
（3) 系统的柔软性与总线相连的单元没有类似于“地址"的信息。
因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。
（4）通信速度根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。
在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。
即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号,妨碍整个网络的通信.不同网络间则可以有不同的通信速度。
（5) 远程数据请求可通过发送“遥控帧" 请求其他单元发送数据.(6) 错误检测功能·错误通知功能·错误恢复功能所有的单元都可以检测错误(错误检测功能）。
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目录
❖ CAN与CANopen协议介绍； ❖ CAN协议简单介绍； ❖ CANopen协议介绍； ❖ CANopen对象词典； ❖ CANopen通讯机制； ❖ CANopen通讯对象；
CAN与CANopen协议介绍
CAN及CANopen简介
❖ CAN（Controller Area Network ）， 1986年 由Robert Bosch 公司 （德国博世）推出的一 种现场总线。包含物理层与数据链路层。
❖ 一个设备的通讯功能、通讯对象、与设备相关的对象以及对 象的缺省值由电子数据文档（EDS：Electronic Data Sheet） 中提供。
对象词典（object dictionary）
❖ 对象字典（OD：Object Dictionary）是一个有序的对象组；每个对象采用一个16 位的索引值来寻址， 为了允许访问数据结构中的单个元素，同时定义了一个8 位的子索引，对象字典的结构参照下表。节点 的对象字典的有关范围在0x1000 到 0x9FFF 之间。
包含同步，紧急状态表示以及时间标记传送三个特定的对象。
CANopen 通讯机制介绍
CANopen 的每一个节点都维护了一个状态机。该状态机的状态决定了该节 点当前支持的通讯方式以及节点行为。
a.NMT ， b. Node Guard ， c. SDO ， d. Emergency ， e. PDO ， f. Boot-up
索引 0x0000 0x0001~0x001F
0x0020~0x003F
0x0040~0x005F 0x0060~0x007F 0x0080~0x009F 0x00A0~0x0FFF 0x1000~0x1FFF
0x2000~0x5FFF 0x6000~0x9FFF
0xA000~0xFFFF
对象 未使用 标准数据类型
数
据
链
CAN 2.0A 、CAN 2.0B等
路
层
物
理
ISO11898
层
CAN简单介绍
CAN数据链路层
消息传输有四种帧类型： 1、数据帧、请求帧、错误帧、过载帧。 2、数据帧和远程帧用ID标识，错误帧和过载帧
并不占用ID标识符。 3、CAN控制器内部集成错误、过载检测机制，
一旦检测到传输错误或过载，CAN控制器会 自动发送错误帧或过载帧。
对象词典
❖ 对象词典的分配表参考DS301 ❖ 具体语法结构可参考DS306
举例
[1003] SubNumber=2 ParameterName=Pre-defined Error Field ObjectType=8
[1003sub0] ParameterName=Number of Errors ObjectType=0x7 DataType=0x0005 AccessType=ro DefaultValue=0x1 PDOMapping=0
[1003sub1] ParameterName=Standard Error Field ObjectType=0x7 DataType=0x0007 AccessType=ro DefaultValue=0x0 PDOMapping=0
返回
CANopen通讯机制
具体通讯描述
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：
CAN帧
仲裁场
控制场
S O F
11位标识 符
R T R
I D E
R 0
DATALENGTH
8字节数据
CRC 校验
ACK 应答
E O
F
CANopen协议介绍
CANopen协议
CANopen协议定义了CAN的应用层协议，定义CAN报文中的11/29位 标识符、8字节数据的使用。 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。
CANopen对象词典
对象词典（object dictionary）
❖ CANopen 网络中每个节点都有一个对象字典。对象字典包 含了描述这个设备和它的网络行为的所有参数。
❖ 一个节点的对象字典是在电子数据文档（EDS：Electronic Data Sheet）中描述。节点本身只需要能够提供对象字典中 必需的对象，以及其它可选择的、构成节点部分可配置功能 的对象。
❖ CANopen，CANopen是由Bosch公司提出并 规范化，最后移交给CIA组织并在1995年发 表，规定了CAN应用层。定义CAN报文中的 11/29位标识符、8字节数据的使用。
CAN与CANopen
应
CANopen设备子协议 DS 401、DS 402、DS 403等
用
层
CANopen通讯子协议 DS 301、DS 302、DS 303等
CANopen主要特点介绍
❖ 采用面向对象的方式来描述，具体设备模型象词典
通讯接口
线
❖ 通讯对象： 过程数据对象PDO；服务数据对象SDO；特殊功能对象；网络管理对象NMT。 ❖ 对象词典： 包含描述这个设备和它的网络行为的所有参数。以EDS文档的形式存在。 ❖ 应用程序： 包括功能部分和通信部分。
进程数据对象(PDO) 用来传输实时数据，数据从一个生产者传到一个或多个消费者。数
据传送限制在1到8个字节。 服务数据对象(SDO)
可用来存取远端节点的对象字典，读取或设定其中的对象。通过使 用索引和子索引，SDO使客户机能够访问服务器对象字典中的项（对 象）。 网络管理对象(NMT)
网络管理(NMT)协议提供了网络初始化，错误控制和设备状态控制服 务。 特殊功能对象
（BOOLEAN、INTEGER8等） 复杂数据类型
（PDO通讯参数、映射参数等结构体） 制造商规定的复杂数据类型 设备子协议规定的标准数据类型 设备子协议规定的复杂数据类型 保留 通讯子协议区域
（同步、PDO、SDO描述等CIA 301中规定的内容） 制造商特定子协议区域 设备子协议区域
（CIA 401、CIA 402等设备子协议中的参数描述） 保留