CanOpen对象字典的分析

CANOpen对象字典的分析与具体实现

ＣＡＮｏｐｅｎ是基于ＣＡＮ总线的开放的、标准化的应用层协议，对象字典是其核心概念。本文在对ＣＡＮｏｐｅｎ对象字典进行介绍与分析后，给出了一种数组形式的对象字典具体实现方法；对不同保存属性对象的存储策略进行了讨论，并给出了对象字典的存储与读写访问方法。关键词：ＣＡＮｏｐｅｎ；对象字典；静态数组中图分类

ＣＡＮｏｐｅｎ协议是在ＣＡＮ总线的基础上定义的应用^{１　对象字典的协议规范分析}层协议，是具有高度灵活配置能力的标准化嵌入式网络协议。因其协议精练、透明、便于理解，又具有实时性和可靠^{１．１　对象字典的概念}性高、数据传输速率高、组网成本低等优点，在多个领域中^{对象字典（Ｏｂｊｅｃｔ　Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ，ＯＤ）是一个有序的对象}

组，用来提供对设备所有重要数据、参数和功能的访问（无^{得到了广泛的应用。}论远程或本地）。这种访问是基于一种索引和子索引的逻^{对象字典是ＣＡＮｏｐｅｎ协议的重要组成部分，ＣＡＮ－}辑地址体系实现的。对于每一个ＣＡＮｏｐｅｎ设备，对象字

^{ｏｐｅｎ网络中每个节点都有一个对象字典。对象字典包含}典结构都是相同的，这为通信参数、制造商定义对象和设了描述这个设备和它的网络行为的所有参数，以标准化的_{备对象提供了一套标准化的地址空间。}方式描述了ＣＡＮｏｐｅｎ设备，是通信网络与应用程序之间_{１．２　对象字典中对象的结构}的接口。

_{在ＣＡＮｏｐｅｎ协议栈的实现中，对象字典的构建与访}对象字典中的元素，即各种通信对象和应用对象，使

问是其中的重点与难点。良好的对象字典实现是ＣＡＮｏ－^{用标准的方式描述，对象的结构如下所示：}

ｐｅｎ协议栈高效稳定运行的基础。但在ＣＡＮｏｐｅｎ的协议规范中，只有ｅｄｓ与ｄｃｆ文件用来描述对象字典的构成与

具体的对象数据，而对具体程序中的对象字典实现没有规范。目前国内学者对ＣＡＮｏｐｅｎ协议的研究和使用中，较少涉及到对象字典的具体实现方法。

本文的对象字典实现采用了静态数组的形式，在国外开源协议栈ＣａｎＦｅｓｔｉｖａｌ的对象字典实现基础上，增加了对象字典的存储方法；并分析了不同对象的存储与访问策　　可以看出，描述对象字典中对象的结构有６个属性。 “索引”表示对象在对象字典中的位置；“对象类型”的定义如表１所列，在对象字典中，“ＶＡＲ”、“ＡＲＲＡＹ”和“ＲＥＣＯＲＤ”为常用的对象类型，子索引主要用来访问“ＡＲＲＡＹ”和“ＲＥＣＯＲＤ”中的子项，“ＶＡＲ”类型的子索引为０；“对象名称”以简单的文字描述了对象的功能；“数据类型”给出了对象所属的数据的类型；“访问属性”给出了对象的被访问权限；“必选／可选”定义了对象在对象字典中的实现要求。

表１　对象类型的定义

１．３　对象字典的布局

对象字典的布局如表２所列。其中，０ｘ０００１～０ｘ００９Ｆ是对数据类型的定义，不必在程序中具体实现。０ｘ１０００～０ｘ１ＦＦＦ是通信子协议区域，描述设备在ＣＡＮｏｐｅｎ网络中通信及交换数据所必须具备的基本功能。其内容包括设备类型、制造商信息、ＰＤＯ通信参数及映射参数、ＳＤＯ服务器及客户端的参数等。这个范围内定义的通信参数适用于所有的ＣＡＮｏｐｅｎ设备。０ｘ２０００～０ｘ５ＦＦＦ是预留给制造商定义的区域，用来描述在标准设备子协议中没有规定的设备对象。０ｘ６０００～０ｘ９ＦＦＦ为标准设备子协议区域，描述了如Ｉ／Ｏ设备、传感器、驱动和运动控制等设备接入ＣＡＮｏｐｅｎ网络的标准化规范。目前，ＣＡＮｏｐｅｎ标准设备子协议还在不断丰富和完善中。

表２　对象字典布局

具体的ＣＡＮｏｐｅｎ节点设备开发中，只需实现自己应用相关的对象字典条目，而不必实现全部内容。即便是在通信子协议区域，强制实现的对象也仅有几个。

２　对象字典的具体实现

对象字典是ＣＡＮｏｐｅｎ设备模型的核心，是连接通信与应用的接口。但在具体开发中，对象字典的实现有很大的自由度。对于一些简单的节点设备，甚至不需要在程序中实现对象字典的实体，只把对象字典的概念留在逻辑层面。良好的对象字典的实现，有利于发挥ＣＡＮｏｐｅｎ协议便于配置、灵活高效的优势，有利于节点设备的开发与升级。

对象字典的逻辑结构为线性结构，若以数组形式建立

完整的对象字典表格，则可以通过索引快速地访问对象条

目。但在具体的节点设备中建立完整的数据字典表格是

不太现实的，因为一般嵌入式系统存储资源有限，而且具

体的ＣＡＮｏｐｅｎ设备也只用到有限的对象字典条目。本文

参考了国外开源协议栈ＣａｎＦｅｓｔｉｖａｌ的对象字典实现思

想，即将使用的对象字典条目按照静态数组结构存储，再

建立一个索引表，通过查找索引表定位到要访问的对象字

典条目。

对于ＣＡＮｏｐｅｎ从站设备，对象字典结构在运行前已确定，运行时无需动态改变对象字典结构，所以采用静态数组结构的对象字典实现可以满足大多数ＣＡＮｏｐｅｎ应用开发的要求。

２．１　对象字典的建立

对象字典的实体采用静态数组加对象条目索引表的

方式，描述语言为Ｃ语言。首先给出相关结构体的定义。

对象字典中一个子索引对应的数据条目的结构体定义如下：ｔｙｐｅｄｅｆ　ｕｃｔ　ｓ＿ＯＤＥｎｔｒｙ｛

ｕｉ　ＡｅＴｙｐｅ；

ｕｉｎ　ＤａｔａＴｙｐｅ；

ｕｉｎｔ３　ｓｉｚｅ；

ｓｔｏｒｅＡｒｉｂｕｔｅ＊ｓｔｏｒｅＡｒｉ；

ｖｏｉｄ＊ｐＯｂｊｅｃｔ；

｝ＯＤＥｎｔｒｙ；

其中ＡｅＴｙｐｅ为对象的访问权限；ＤａｔａＴｙｐｅ为对象条目的数据类型；ｓｉｚｅ为数据大小；ｓｔｏｒｅＡｒｉ为对象条目的存储属性；ｐＯｂｊｅｃｔ为指向对象数据的指针。本文所使用的外部非易失性存储器为ＡＴ４５ＤＢ系列Ｆｌａｓｈ存储器，存储属性有４个，分别为对象存储类型、外部Ｆｌａｓｈ的页地址、页内偏移地址和存储空间大小。

对象字典中一个对象索引条目的结构体定义如下：ｔｙｐｅｄｅｆ　ｓｔｒｕｃｔ　ｓ＿ｉｎｄｅｘＴａｂｌｅ｛

ＯＤＥｎｔｒｙ＊ｐＥｎｔｒｙ；

ｕｉｎｔ８＿ｔ　ｓｕｂＣｏｕｎｔ；ｕｉｎｔ１６＿ｔ　Ｉｎｄｅｘ；｝ｉｎｄｅｘｔａｂｌｅ；其中ｐＥｎｔｒｙ指向数据字典条目；ｓｕｂＣｏｕｎｔ为子索引个数；Ｉｎｄｅｘ为条目的索引号。

利用“ＯＤＥｎｔｒｙ ”类型可以构建索引对象的条目，以建立索引号为０ｘ１０００的设备类型对象为例，如下所示：／＊ｉｎｄｅｘ　０ｘ１０００：设备类型＊／ｃｏｎｓｔ　ｕｉｎｔ３２＿ｔ　ＤｅｖｉｃｅＴｙｐｅ＝０ｘ０６００００００；ｓｔｏｒｅＡｒｉｂｕｔｅ　ｓｔｏｒｅ＿ｏｂｊ１０００＝｛０，０，０，０｝；ＯＤＥｎｔｒｙ　ＯｂｊＤｉｃｔ＿Ｉｎｄｅｘ１０００［］＝｛　　｛ＲＯ，ｕｉｎｔ３２，ｓｉｚｅｏｆ（ｕｉｎｔ３２＿ｔ），＆ｓｔｏｒｅ＿ｏｂｊ１０００，（ｖｏｉｄ＊）

＆ＤｅｖｉｃｅＴｙｐｅ｝｝；

利用“ｉｎｄｅｘｔａｂｌｅ ”类型可以构建整个对象字典的数组形式的实体，如下所示：ｉｎｄｅｘｔａｂｌｅ　ＯｂｊＤｉｃｔ＿ｏｂｊｄｉｃｔ［］＝｛

｛ＯｂｊＤｉｃｔ＿Ｉｎｄｅｘ１０００，１，０ｘ１０００｝／／０ ｛ＯｂｊＤｉｃｔ＿Ｉｎｄｅｘ１００１，１，０ｘ１００１｝１ ｛ＯｂｊＤｉｃｔ＿Ｉｎｄｅｘ１００８，１，０ｘ１００８｝，２

．．．．．．

｝；

然后建立一个对象字典条目索引和在对象字典实体中实际存储位置相对应的索引表。通过条目索引查找整个索引表，根据实际的存储位置，定位到要访问的对象条目。

２．２　对象字典的存储与访问

上一小节中构建了对象字典的数组存储结构。对象字典条目所属的数据对象有着不同的存储与访问要求，读写属性上有只读、只写和可读写３种类型，存储属性上分为掉电丢失和掉电保存２种类型。

在上述定义的对象字典对象条目的结构体中，有一项为数据保存属性，具体定义数据的存储类型以及在外部非易失性存储器中的存储位置及存储空间的大小。存储类型指明了对象字典条目的保存类别，存储位置则只对需要掉电丢失的对象数据起作用，表明了数据在非易失性存储器中的存储位置。

下面给出不同存储类型对象的存储方法：

①只读属性的数据，如设备类型、制造商标识等对象数据，变量直接定义为ｃｏｎｓｔ类型，随程序存储在片内Ｆｌａｓｈ区域。

②不需要掉电保存的过程数据，以普通变量的形式存储在ＲＡＭ中。

③简单的系统配置数据，如ＳＤＯ客户端的通信参数，存储于片外Ｆｌａｓｈ中，并在ＲＡＭ中建立变量，便于应用程序与协议程序的使用。这类变量在系统初次运行时将默认的参数载入到片外Ｆｌａｓｈ中，以后每次上电从片外Ｆｌａｓｈ中读取，覆盖掉ＲＡＭ中的初始默认值。

④复杂的系统配置数据。可以直接存储到片外Ｆｌａｓｈ中，不在ＲＡＭ中建立相应变量。应用程序可直接从片外Ｆｌａｓｈ中读取相应配置数据。

对象字典的访问通过建立一个读取与写入对象字典接口进行。首先根据索引定位到要访问的对象条目，再根据数据类型与访问属性等信息对对象数据进行读写访问。但不是所有的数据访问都要经过这个接口，在应用程序端，对象字典数据的访问可以直接通过数据对象所指向的内存中的变量进行，或者直接读写对象在外部存储器中的数据。在通信端，对象字典的访问主要通过服务数据对象（ＳＤＯ）进行。其他网络节点通过被访问节点的ＳＤＯ服务器读写被访问节点的对象字典。ＳＤＯ的数据传输方式有３种：加速传输（用于传输少于４个字节的数据）、分段传输（用于传输大于４个字节的数据）和分块传输（比分段传输更高的传输效率）。对传输少量数据的加速传输和分段传输来说，可以建立通信数据的缓冲区，这样就只需访问对象字典一次；而对分块传输来说，因为数据量较大，不能在ＲＡＭ中缓冲所有块的数据，所以块传送需要多次访问对象字典。