CANopen现场总线

从设备软件的开发和测试，阐述了测试系统的软硬件结构和测试实例等。 

 CANopen是一种开放的现场总线协议，于1995年，由位于德国的CAN自动化协会（CiA）提出并^{1 CANopen现场总线和协议}制订，目前成为欧洲嵌入式网络的主要标准协议CANopen的通讯结构参考ISO/OSI模型，如图（EN50325-4）。CANopen最初主要用于嵌入式工业1所示，应用层是由CANopen设备协议和通讯协议控制系统，因其协议精练、透明、便于理解，又具等构成；数据链路层和物理层是基于CAN芯片和协有较高的实时性和可靠性、数据传输速率高，组网议，遵守ISO 11898标准。成本低等优点，近年来，在公共交通、楼宇自动化、医疗设备以及海事电子、食品加工、汽车工业等领域获得大量应用^[1]。CANopen采用CAN芯片作为物理层和数据链路层的硬件，其协议可以从CiA协会的网站免费下载，控制设备制造商可以自行开发CANopen设备，此时会涉及到产品的协议一致性（Conformance）测试问题，即所开发产品是否完全符合CANopen协议。目前CANopen设备的测试和认证由CiA协会完成，测试价格昂贵，技术交流不方便，因此，有必要研究开发一种具有中国自主知识产权的CANopen_{从设备协议一致性测试系统。}图1 CANopen参考模型本文所研究的CANopen测试系统主要用于支CANopen网络是主从站（Master-Slave）结构，持CANopen从设备的软件开发和测试。同时，也可整个网络只有一个主站。主站控制网络的运行，主以利用系统提供的接口函数，开发出CANopen主站站可以对127个从设备进行控制

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图2 CANopen网络在CANopen通讯协议中，设备之间的通讯是通过交换通讯对象即COB(Communication Object)来实现。如图3所示，这些COB被封装在一个或多个CAN通讯报文中的数据段（Data0.....Data7）中。每个COB带有预先定义的标识符即COB_Identifier。 CANopen协议将CAN标识符ID（ID10.....ID7...ID0）分成Function Code(ID10...ID7)和Node_ID(ID6....ID0)两部分，Function Code部分决定COB的优先级，而Node_ID部分在相同功能的设备间进行区分。

图3 CANopen设备应用层之间的通讯根据CiA制定的标准协议DS301 V4.01 (CANopen application layer and communicationprofile)，总共指定了4种通讯对象 ^[2]:

●PDO（Process Data Object）：过程数据对象，用于实时传递设备控制参数变量，例如开关量、传感器信号等；

● SDO（Service Data Object）：服务数据对象，用于传送组态数据，对设备进行配置；

●网络管理对象（Network Management Object）：包括节点保护对象和NMT对象，主要用于对设备状态进行管理、控制、及时发现设备故障；

●特殊功能对象：同步、应急指示和时间标记对象。同步对象用于为网络提供一个基本的网络时钟；应急指示对象用于提供中断类型的报警信号；时间标记对象用于提供给设备一个参考通用时间帧。

在CANopen协议中，EDS（Electronic DataSheet）文件用于描述设备特征，包括通讯数据格式和通讯对象分类以及设备制造商标识等。一般来说，EDS文件是由设备厂商来提供。对从设备的测试依据是该设备的EDS文件。

2 CANopen从设备协议一致性测试

内容

对一个CANopen从设备协议一致性的测试内容主要如下：

（1）依据设备的EDS文件通过发送和接收SDO通讯对象，测试设备是否符合它所提供的EDS文件,通讯如图4所示；

图4 SDO通讯

1. 通过发送NMT通讯对象对设备状态进行管理，测试设备是否响应NMT管理，通讯如图5所示。

    

图5 NMT通讯

1. 通过发送和接收PDO通讯对象，测试设备是否响应PDO控制，通讯如图6所示，其中控制变量可以是开关量、I/O端口值等；

    

图6 PDO通讯通过对从设备上述内容的测试，确认从设备协议是否符合CANopen协议。 3 系统构成系统软件结构如图7所示。

 

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图7 系统结构图 系统有如下功能模块：

1. 初始化和建网模块。主要对系统网络进行初始化，包括主站的CAN芯片端口地址设置、通讯速率设置以及节点设置。

    

2. （2） NMT（网络管理）模块。用于节点初始化、预运行、节点启动、节点关闭的测试。本系统采用字符和图标显示设备运行状态。

    

3. （3） SDO（服务数据对象）模块。用于在预操作状态依据EDS文件对各个节点组态测试。

    

4. （4） PDO（过程数据对象）模块。用于对节点控制变量实时访问读写，例如：设备的速度、位置、I/O端口以及D/A或A/D转换值等,测试PDO的通讯。

    

5. 设备状态判断模块。为了及时监视设备状态，在设备没有进行心跳监视时，系统周期性对设备进行节点监视，周期为500毫秒，然后对设备应答的信息和系统存储的设备状态的控制信息比较，来判断设备是否有故障，如有故障则系统显示提示信息，并且设备状态图标改变。

    

6. 节点心跳和节点监视模块。用于监视各节点状态，设备出现故障则系统显示提示信息，将故障设备复位。

    

7. 信息处理和显示模块。用于将接收和发送的信息进行处理并显示。

    

8. （8） EDS编辑模块。用于为设备开发商提供编辑EDS文件的平台。

    

9. （9） EDS列表模块。用于将EDS文件转换成功能列表。

    

（10） EDS文件导入模块。用于将设备的EDS文

件导入系统中。系统采用Visual Basic 6.0作为用户界面开发的

平台，采用Windows图形界面，操作方便，采用树型的拓扑结构管理被测试设备。驱动程序采用VisualC++作为开发平台，将驱动程序封装成DLL形式，便于整个系统的扩展和升级，用户可以根据实际应用来调用系统提供的函数。

4 测试实例

作者以德国Frenzel+berg 公司开发的I/O设备C0411A-FL作为测试对象进行测试，对所开发的软件进行调试和验证。

设备如下：

●主站：飞利浦公司标准CAN芯片sja1000。

●从站：C0411A-FL，遵守CANopen通讯协议，用于汽车和工业场合,适合在复杂的I/O系统中作为传感器的接口。

测试系统结构如图8所示,测试界面如图9所示。

图8 测试系统结构

图9 测试界面测试实例证明作者所开发的CANopen现场总线从设备协议一致性测试系统，操作方便、运行可靠，具有较强的开放性和通用性，有助于国内CANopen设备的开发和应用，具有广阔的应用前景。