1、CANopen介绍
从OSI网络模型的角度来看同，现场总线网络一般只实现了第1层（物理层）、第2层（数据链路层）、第7层（应用层）。因为现场总线通常只包括一个网段，因此不需要第3层（传输层）和第4层（网络层），也不需要第5层（会话层）第6层（描述层）的作用。 CAN（Controller Area Network）现场总线仅仅定义了第1层、第2层（见ISO11898标准）；实际设计中，这两层完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软件（Software）或固件（Firmware）。
同时，CAN只定义物理层和数据链路层，没有规定应用层，本身并不完整，需要一个高层协议来定义CAN报文中的11/29位标识符、8字节数据的使用。而且，基于CAN总线的工业自动化应用中，越来越需要一个开放的、标准化的高层协议：这个协议支持各种CAN厂商设备的互用性、互换性，能够实现在CAN网络中提供标准的、统一的系统通讯模式，提供设备功能描述方式，执行网络管理功能。 ● 应用层（Application layer）：为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议。
● 通讯描述（Communication profile）：提供配置设备、通讯数据的含义，定义数据通讯方式。
● 设备描述（Device proflile）：为设备（类）增加符合规范的行为。
下面的章节将介绍基于展示架制作CAN的高层协议：CAL协议和基于CAL协议扩展的除垢器CANopen协议。CANopen协议是CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一，并且在发布后不久就获得了广泛的承认。尤其是在欧洲，CANopen协议被认为是在基于CAN的工业系统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类型，例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器，都在称为“设备描述”的协议中进行描述；“设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠CANopen协议的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。
CANopen 指定有四类通信对象。
第一类通信对象是用8 个字节的数据字段把过程数据对象PDO(Process Data Objects)映象
到一个单一的CAN 帧从而传输应用对象每个PDO 有一个唯一的标识符且可以仅通过一个节点发送但其接受者可不止一个(生产者/消费者通信) 发送PDO 可用多种方式如由内部事件驱动由内部定时器驱动由远程请求驱动和由接收到来自特定的节点的一个同步信息驱动应用对象和支持的传送方式的缺省映象在对象字典中对每一个PDO 都作了描述PDO 标识符具有高优先级以确保良好的实时性能如果需要硬实时控制那么系统的设计者可为每个PDO 组态一个禁止时间(inhibit-time) 该“禁止时间”严禁在特定的时间内发送这个对象因此设计者可对多个对象设计一个确定的PDO 行为发送PDO 无需确认PDO 映象对象中定义了被在PDO 内传送的应用对象它描述了所映象的应用对象的顺序和长度在预操作状态(Pre-Operational State)期间支持动态PDO 映象的设备必须支持这个功能若在预操作状态下支持动态映象则服务数据对象SDO 客户负责数据的一致性。 第二类通信对象是传送组态数据的服务数据对象SDO(Service Data Objects) 组态数据有时多于8 脱硝催化剂成分个字节SDO 传输协议允许传送任意长度的数据对象第一段内的第一个字节包含必须的数据流控制信息它包括为克服众所周知的双重接受CAN 帧的问题而设置的一个触发位第一段内的第2 4 字节包含要读出或写入的对象字典登入项的索引和子索引第一段内的最后四个字节可用于组态数据用同样的CAN标识符第二段以及其后继段包含控制字节和多达7
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个字节的组态数据接受者确认每个字节以便有点对点通信(客户/服务器)。
第三类通信对象是网络管理对象节点保护对象(Nodeguarding Object)和NMT 对象节点保护对象。是由NMT 主站节点远程请求的具有一个字节的CAN 帧数据字节主要包含节点的状态节点保护时间在对象定期发送节点保护时间在对象字典中也作了规定并且可以由SDO 进行组态此外还规定了保护时间寿命(Life Guarding Time) 在该时间区内NMT 主站必须保护一个NMT 从站这就确保了即使在主站不存在的情况下节点仍能以用户指定的方式作出反应NMT 对象映象到一个单一的带有2 个字节数据长度的CAN 帧它的标识符为0 第一个字节包含命令说明符第二个字节包含必须执行此命令的设备的节点标识符(当节点标识符为0 时所有的节点必须执行此命令) 由NMT 主站发送的NMT 对象强制节点转换成另一个状态CANopen rgd-208状态机规定了初始化状态子程序操作操作状态和停止(正式为准备)状态
在加电后每个CANopen 处于初始化状态然后自动地转换到预操作状态在此状态下提供了同步对象和节点保护还允许SDO 的传送如果NMT 主站已将一个或多个节点设置为操作状态则允许他们发送和接受PDO 在停止状态除NMT 对象外不允许通信初始化状态又分成三个子状态以使全部或部分的节点复位在Reset_Application 子状态中制造商专用(manufactu
re-specific)行规区域和标准化设备行规区域的参数均设置成它们的缺省值在Reset_Communication 子状态中通信行规区域的参数设定为它们的通电(power-on)值第三个子状态是初始化状态在通电后或复位通信后或复位应用后节点自动地进入此状态通电值(Power-on)是上一次存储的参数。
第四类通信对象是应急对象。由设备内部出现致命错误来触发并从相关应用设备上的应急客户发送因此应急对象适用于中断类型的报警信号每个“错误事件”(error event)只能发送一次应急对象只要在设备上不发生新的错误就不得再发送应急对象零个或多个应急对象消费者可接受这些应急消费者的反应是由应用指定的
CANopen 定义了应急对象中要传送的若干个应急错误代码它是一个单一的具有8 个数据字节的CAN 帧。
3、CANopen预定义连接集
为了减小简单网络的组态工作量，CANopen定义了强制性的缺省标识符（CAN-ID）分配表。这些标志符在预操作状态下可用，通过动态分配还可修改他们。CANopen设备必须向它所支持的通讯对象的提供相应的标识符。
缺省ID分配表是基于11位CAN－ID，包含一个4位的功能码部分和一个7位的节点ID(Node-ID)部分。如图3-1所示。
图3-1 预定义连接集ID
Node-ID由系统集成商定义。Node-ID范围是1~127（0不允许被使用）。如下表格CANopen预定义主/从连接集CAN标识符分配表。
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