CANopen协议介绍

1、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CAN 的高层协议：CAL 协议和基于CAL 协议扩展的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。
在OSI 模型中，CAN 标准、CANopen 协议之间的关系如下图所示：
 

2、CAL 协议
CAL（CAN Application Layer）协议是目前基于CAN 的高层通讯协议中的一种，最早由Philips医疗设备部门制定。现在CAL由独立的CAN用户和制造商集团CiA（CAN in Automation）协会负责管理、发展和推广。
CAL 提供了4 种应用层服务功能：
 CMS (CAN-based Message Specification)
CMS提供了一个开放的、面向对象的环境，用于实现用户的应用。CMS提供基于变量、事件、域类型的对象，以设计和规定一个设备（节点）的功能如何被访问（例如，如何上载下载超过8字节的一组数据（域），并且有终止传输的功能）。CMS 从 MMS (Manufacturing Message Specification)继承而来。MMS 是OSI 为工业设备的远程控制和监控而制定的应用层规范。
 NMT (Network ManagemenT)
提供网络管理（如初始化、启动和停止节点，侦测失效节点）服务。这种服务是采用主从通讯模式（所以只有一个NMT 主节点）来实现的。
 DBT (DistriBuTor)
提供动态分配CAN ID（正式名称为COB-ID，Communication Object Identifier）服务。这种服务是采用主从通讯模式（所以只有一个 DBT 主节点）来实现的。
 LMT (Layer ManagemenT)
LMT 提供修改层参数的服务：一个节点（LMT Master）可以设置另外一个节点（LMT Slave）的某层参数（如改变一个节点的NMT 地址，或改变CAN 接口的位定时和波特率）。

CMS 为它的消息定义了8 个优先级，每个优先级拥有220 个COB-ID，范围从1 到1760。剩余的标志（0，1761-2031）保留给NMT，DBT和LMT，见表2-1。
 

 

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）中描述或者记录在纸上。不必要也不需要通过CAN-bus“审问”一个节点的对象字典中的所有参数。如果一个节点严格按照在纸上的对象字典进行描述其行为，也是可以的。节点本身只需要能够提供对象字典中必需的对象（而在CANopen 规定中必需的项实际上是很少的），以及其它可选择的、构成节点部分可配置功能的对象。
CANopen 由一系列称为子协议的文档组成。
通讯子协议（communication profile），描述对象字典的主要形式和对象字典中的通讯子协议区域中的对象，通讯参数。同时描述CANopen 通讯对象。这个子协议适用于所有的 CANopen 设备。
还有各种设备子协议（device profile）,为各种不同类型设备定义对象字典中的对象.目前已有5 种不同的设备子协议,并有几种正在发展。
设备子协议为对象字典中的每个对象描述了它的功能、名字、索引和子索引、数据类型，以及这个对象是必需的还是可选的，这个对象是只读、只写或者可读写等等。

注意：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。
单个设备的对象配置的描述文件称作设备配置文件（DCF：Device Configuration File），它和 EDS 有相同的结构。二者文件类型都在 CANopen 规范中定义。
设备子协议定义了对象字典中哪些OD对象是必需的，哪些是可选的；必需的对象应该保持最少数目以减小实现的工作量。
可选项――在通讯部分和与