PXF0888-[CANopen协议]-CANopen协议简介

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[CANopen协议]-CANopen协议简介


型号: PXF0888


简介: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 Net...
品牌 ixxat ixxat
产地德国
型号PXF0888
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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。
 

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注意这是CAN2.0A 标准,11 位ID 范围【0,2047】,由于历史原因限制在【0,2031】。如果使用CAN2.0B标准,29 位ID 并不改变这个描述;表中的11 位映射到29 位COB-ID 中的最高11 位,以至于表中的COB-ID范围变得增大许多。
 
3、CANopen
CAL提供了所有的网络管理服务和报文传送协议,但并没有定义CMS对象的内容或者正在通讯的对象的类型(它只定义了how,没有定义 what)。而这正是CANopen切入点。
CANopen 是在CAL 基础上开发的,使用了CAL 通讯和服务协议子集,提供了分布式控制系统的一种实现方案。CANopen 在保证网络节点互用性的同时允许节点的功能随意扩展:或简单或复杂。
CANopen 的核心概念是设备对象字典(OD:Object Dictionary),在其它现场总线(Profibus,Interbus-S)系统中也使用这种设备描述形式。注意:对象字典不是CAL 的一部分,而是在CANopen 中实现的。
下面先介绍对象字典(OD:Object Dictionary),然后再介绍CANopen 通讯机制。
 
3.1 对象字典OD
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表3-1。不要被对象字典中索引值低于0x0FFF 的‘data types’项所迷惑,它们仅仅是一些数据类型定义。一个节点的对象字典的有关范围在0x1000 到 0x9FFF 之间。
 
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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

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