型号: PXF0888
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。