舊文備份:簡單CANOpen 協議說明

(十年前的舊文，不捨等扔)

建立日期：2005-11-17

修改日期：2005-11-17

文件名稱：簡單CANOpen 協議說明.doc

做者：winshton

版本：V1.0

(注：本文以24in 24out I/O模塊爲例說明，對在單片機下實現簡單的CANopen簡單功能做分析設計,文檔中全部功能均已在AVR上實現)

本說明是CAN上層協議CANOpen協議的嵌入式簡化，較原始CANOpen版本簡單易用，且更適應嵌入式模塊通信的須要，而且兼容CANOpen協議。

下面按照協議支持的功能分別進行說明：

1. NMT網絡管理服務

   網絡管理狀態表：

   終端主節點→從節點

   COB-ID	0-字節	1-字節
   0	命令說明符	節點ID
   (16#000)	(CS)	(1)

   說明：通常終端主節點是指上位機，如上位用於網絡管理和監控的PC機，從節點是指被管理的各模塊。

   若是節點ID是0表示命令會被廣播至全部從節點，從節點必須執行相應的命令。

   命令說明符功能見下表：

   命令說明符(CS)	意義
   1(16#01)	啓動節點進入可操做狀態
   2(16#02)	中止遠程節點
   128(16#80)	使節點進入預操做狀態
   129(16#81)	復位節點
   130(16#82)	復位通信

   例：啓動節點1進入可操做狀態，

   16#000

   16#80

   16#04

   網絡管理狀態表：

   狀態轉換	說明
   (1)	通電後自動初始化
   (2)	完成初始化自動進入預操做狀態
   (3),(6)	啓動遠程節點
   (4),(7)	進入預操做狀態
   (5)(8)	中止遠程節點
   (9),(10),(11)	復位節點
   (12),(13),(14)	復位通信

   根據節點的狀態提供如下服務：

   	初始化	預操做	可操做	停機
   PDO			√
   SDO		√	√
   啓動引導	√		√
   網絡管理		√	√	√
   錯誤控制		√	√

    

2. 過程數據對象(PDO)服務

   過程數據對象用於在節點之間傳送過程數據，如I/O模塊I/O狀態讀取和設定，模擬量採集和模擬量輸出等等，本協議考慮從機硬件限制最多支持4組PDO,每組包含一個RPDO和一個TPDO，現已I/O模塊爲例進行說明：

   設I/O模塊有24輸入，24輸出，24輸入經過TPDO傳給監控終端或其餘節點，24輸出經過RPDO由控制節點對其進行設定，採用發送和接收PDO1組，即標識符TPDO：0x180+NODE_ID,RPDO：0x200+NODE_ID，用3個字節就能夠表示24個I/O量，所以發送和接收PDO能夠表示以下(假設NODE_ID=1)：

   1. I/O節點→監控終端(TPDO)

   COB-ID	0字節	1字節	2字節
   385(0x181)	Data:輸入I/O狀態量
   	Input_Digital_1	Input_Digital_2	Input_Digital_3

    

   1. I/O節點←監控終端(RPDO)

   COB-ID	0字節	1字節	2字節
   513(0x201)	Data:輸出I/O狀態量
   	Output_Digital_1	Output_Digital_2	Output_Digital_3

   若是是8通道的模擬量採集模塊則須要兩個TPDO來傳送採集的數據，不須要RPDO，由於每一個通道產生一個16位數據，一共是16字節，每一個TPDO只可以傳送8字節。兩個TPDO標識符分別爲：0x180+NODE_ID,0x280+NODE_ID。

   每幀數據格式以下表(設NODE_ID=2)：

   TPDO1

   COB-ID	0-1字節	2-3字節	4-5字節	6-7字節
   385(0x182)	Data:輸入模擬量
   	Output_Anolog_1	Output_Anolog_2	Output_Anolog_3	Output_Anolog_4

    

   TPDO2

   COB-ID	0-1字節	2-3字節	4-5字節	6-7字節
   385(0x182)	Data:輸入模擬量
   	Output_Anolog_5	Output_Anolog_6	Output_Anolog_7	Output_Anolog_8

    

3. 服務數據對象(SDO)服務

   服務數據對象用於讀寫節點的對象字典，現 只實現SDO下載和上傳的全速模式，不支持正常模式也不支持塊下載和上傳，由於數據量不大，實現的功能足夠用，SDO全速下載和上傳採用應答式服務，由監控終端向節點發送服務請求，由節點返回應答。

   現假設某節點NODE_ID=3,協議報文以下：

   讀節點OD

   假設，讀SDO index = 0x1018 subindex = 0x00，返回的是1字節data=0x04

   監控終端→節點(終端請求)

   COB-ID	0字節	1字節	2字節	3字節	4字節	5字節	6字節	7字節
   1539(0x603)	命令	index		subindex	Reserved(保留)
   	0x40	0x18	0x10	0x00	0x00	0x00	0x00	0x00

   監控終端←節點(節點應答)

   COB-ID	0字節	1字節	2字節	3字節	4字節	5字節	6字節	7字節
   1411(0x583)	命令	index		subindex	數據	湊夠8個字節
   	0x4F	0x18	0x10	0x00	0x04	0x00	0x00	0x00

   寫節點OD

   假設，寫SDO index=0x1017,subindex=0x00,寫數據爲0x07D0

   監控終端→節點(終端請求)

   COB-ID	0字節	1字節	2字節	3字節	4字節	5字節	6字節	7字節
   1539(0x603)	命令	index		subindex	要寫入的數據		湊8個字節
   	0x2B	0x17	0x10	0x00	0xD0	0x07	0x00	0x00

   監控終端←節點(節點應答)

   COB-ID	0字節	1字節	2字節	3字節	4字節	5字節	6字節	7字節
   1411(0x583)	命令	index		subindex	湊夠8個字節
   	0x60	0x18	0x10	0x00	0x00	0x00	0x00	0x00

   若是監控終端發送的請求，節點處理出錯，將返回SDO停止報文，報文以下：

   COB-ID	0字節	1字節	2字節	3字節	4字節	5字節	6字節	7字節
   1411(0x583)	命令	index		subindex	錯誤代碼
   	0x80	0x18	0x10	0x00	0-7位	8-15位	16-23位	24-31位

   節點返回的錯誤代碼以下：

   SDO_ABORT_UNSUPPORTED 0x06010000UL 不支持該功能

   SDO_ABORT_NOT_EXISTS 0x06020000UL 不存在的索引

   SDO_ABORT_READONLY 0x06010002UL 只讀，不可寫

   SDO_ABORT_TYPEMISMATCH 0x06070010UL 類型不匹配

   SDO_ABORT_UNKNOWN_COMMAND 0x05040001UL 未知命令

   SDO_ABORT_UNKNOWNSUB 0x06090011UL 未知子索引

   注:命令字節含義請參考CANOpen協議文件DS301。

4. 錯誤控制——心跳(或者叫脈動)協議(heatbeat)

   錯誤控制用於瞭解總線上各節點的狀態，本文只實現心跳協議，由各節點向監控終端按期發送心跳報文，報告本節點的狀態，報文以下：

   設節點NODE_ID=2

   節點→監控終端

   COB-ID	0字節
   1794(0x702)	節點狀態
   	0x00

   返回狀態以下：

   狀態代碼	狀態含義
   0x00	BOOTUP啓動狀態
   0x04	STOPPED中止
   0x05	OPERATIONAL可操做
   0x7F	PRE-OPERATIONAL預操做

   節點在啓動以後發出BOOTUP心跳，而後按固定頻率發出脈動消息幀，監控終端接收該報文用以檢測該節點狀態。

   參考文獻：

   1. CiA Draft Standard 401 <Device Profile for Generic I/O Modules> CAN in Automation
   2. CiA Draft Standard 301 <Application Layer and Communication Profile> CAN in Automation
   3. 周立功 <CANopen 協議介紹>
   4. 史久根 等《CAN 現場總線系統設計技術》
   5. www.microcanopen.com 《MicroCANopen Atmel 89C51CC01 Application Examples》