CANopen通信系统基础知识分享
在阅读有关can总线的文章时，你肯定会遇到“canopen”这个词，它其实是一个基于can 的通信系统。canopen 在基本术语中可以定义为在can 总线传输数据时使用的通信语言。发送者和接收者对数据信息的定义需要遵循共同的标准。
与can 总线底层协议包含物理层和数据链路层相比，canopen 则是包含网络层、传输层、会话层、表示层、应用层这五个层次的高层协议。
在can总线上这些协议层之间都是独立的。
在can总线上这些协议的功能描述如下：
尽管can 总线已经成功的应用在很多行业，但是为了让它能够应用在更多的领域，canopen 被设计出来。最初canopen 是为面向运动的机器控制系统设计的，如今它在各个领域都得到了应用，例如：
● robotics（机器人）
● medical equipment（医疗设备）
● stepper and servo motors（步进电机和伺服电机）
● food processing（食品加工）
● automation（自动化）
● off-road vehicles（非公路车辆）
● marine electronics（船用电子设备）
● railway application（铁路应用）
● building automation（建筑自动化）
● mechanical manufacturing（机械制造）
● industrial machinery（工业机械）
● security monitoring（安防）
canopen 使设计人员能够执行各种功能，使can 总线更适合于嵌入式网络应用，如车内网络。它提供了高度灵活的配置功能。使用can-open，能够做到：
● 实现设备网络行为
● 影响和控制网络行为
● 沟通和处理数据
● 设备内部故障提示
● 设备能够点对点通信
● 定义内部设备结构
● 允许数据速率在10kbps-1000kbps 间调整
canopen 的内部设备结构有三个主要的逻辑部分：
canopen 消息帧格式: canopen 的消息帧格式和can总线的相似。它包含了的cob-id 和控制位，为了避免和can 总线的cob-id 冲突，所有
的cob-id 均不相同。
canopen 协议：
一个canopen协议栈实现几个canopen cob与对应速率的canopen 通信。canopen 协议由以下部分组成：
▶ 数据对象服务协议（sdo）
● sdo服务使canopen节点能够通过can网络读取、编辑、更改或访问另一节点对象字典的值
● 这是一种确认的通信服务，由两个具有不同can标识符的can数据帧组成
● 在以can为传播媒介上建立两个canopen设备之间的对等“客户端-服务器”的通信
server（服务端）: 访问对象字典的所有者
client（客户端）: 访问对象字典并启动与专用sdo“服务器”通信的设备
尽管sdo 非常灵活，但overhead 的存在使其不太适合实时数据操作。为了解决这个问题，使用了进程数据对象协议。
▶ 进程数据对象协议（pdo）
● pdo 通常被视为一个重要的canopen 协议，因为它承载了大量的信息
● canopen 使用进程数据对象（pdo）跨canopen 节点在实时操作数据中传播高优先级控制和状态信息
● pdo 由单个can 帧组成，可在单个帧内仅传送多达8字节的应用程序数据，其中包含多个对象参数值
producer（生产者）: 它产生要传输到主机的数据
consumer（消费者）：这里的主机就是消费者。它从生产者那里接收数据
▶ 网络管理协议（nmt）
nmt 服务定义canopen 设备的通信方式。在接收到nmt 协议时，canopen 设备被迫转换到命令的nmt 状态。nmt 状态机包括：
● 初始化状态（设备在通电或复位后进入初始化状态）
● 预运行状态
● 运行状态
● 停止状态
nmt 协议发送单个can 帧，数据长度为2字节，can id为0。它包含命令标识符/功能代码（第一位），它代表请求状态，对于nmt，如果将其设置为显性状态0，则所有节点都必须执行该命令。节点id——作为指定的名字，包含需要遵守状态转换命令的模块id。
在nmt中，模块需要使用sdo协议操作，因为pdo仅在操作状态下才可运作。
▶ 特殊功能协议
为了产生特定的网络行为，canopen提供了三种特定的协议：
● synchronisation protocol（同步协议）：该协议允许同步多个设备。同步生成器或应用程序主机定期传输同步协议。根据预定义的连接设置，同步消息映射到单个can 帧，cob id 为80h。（它不携带数据（dlc=0））
● emergency protocol（应急协议）：
任何内部设备错误都会触发应急协议。在这种情况下，紧急消息由故障设备发送。每个错误事件只传输一次。故障设备使用将can标识符cob id 80h+（节点id）分配给紧急消息的功能。
如果can总线上的设备没有新的错误，则不会继续传输此类消息
● time-stamp protocol（时间戳协议）：允许canopen系统的用户调整特定的网络时间，该时间戳映射到一个can帧，该帧具有6字节的数据。这6个字节中最初的4个字节代表“一天之中的时间”信息，4个字节存储的都为毫秒信息，接下来的2个字节则为1984年1月1日0点这个数据信息。默认情况下，关联的can帧预设值为can标识符100h。
▶ 错误控制协议：监听canopen 网络
● heartbeat protocol（防断连协议）：防断连协议验证其可用性及nmt 有限状态自动化（fsa）。对于canopen 中的所有网络。防断连信号循环传输，以确认防断连发生器的可用性。
● boot up protocol（启动协议）：这表示一种独特类型的错误控制协议。在进入nmt fsa 预运行状态之前，它将作为nmt fsa 状态初始化中的最终操作进行传输。接收到此消息表示
○ 新设备已注册到canopen 网络
○ 更改网络设置（当有新设备添加到canopen 时）
○ 它可以被认为是canopen 网络中出现错误情况的标志
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与can 总线底层协议包含物理层和数据链路层相比，canopen 则是包含网络层、传输层、会话层、表示层、应用层这五个层次的高层协议。
在can总线上这些协议层之间都是独立的。
在can总线上这些协议的功能描述如下：
尽管can 总线已经成功的应用在很多行业，但是为了让它能够应用在更多的领域，canopen 被设计出来。最初canopen 是为面向运动的机器控制系统设计的，如今它在各个领域都得到了应用，例如：
● robotics（机器人）
● medical equipment（医疗设备）
● stepper and servo motors（步进电机和伺服电机）
● food processing（食品加工）
● automation（自动化）
● off-road vehicles（非公路车辆）
● marine electronics（船用电子设备）
● railway application（铁路应用）
● building automation（建筑自动化）
● mechanical manufacturing（机械制造）
● industrial machinery（工业机械）
● security monitoring（安防）
canopen 使设计人员能够执行各种功能，使can 总线更适合于嵌入式网络应用，如车内网络。它提供了高度灵活的配置功能。使用can-open，能够做到：
● 实现设备网络行为
● 影响和控制网络行为
● 沟通和处理数据
● 设备内部故障提示
● 设备能够点对点通信
● 定义内部设备结构
● 允许数据速率在10kbps-1000kbps 间调整
canopen 的内部设备结构有三个主要的逻辑部分：
canopen 消息帧格式: canopen 的消息帧格式和can总线的相似。它包含了的cob-id 和控制位，为了避免和can 总线的cob-id 冲突，所有
的cob-id 均不相同。
canopen 协议：
一个canopen协议栈实现几个canopen cob与对应速率的canopen 通信。canopen 协议由以下部分组成：
▶ 数据对象服务协议（sdo）
● sdo服务使canopen节点能够通过can网络读取、编辑、更改或访问另一节点对象字典的值
● 这是一种确认的通信服务，由两个具有不同can标识符的can数据帧组成
● 在以can为传播媒介上建立两个canopen设备之间的对等“客户端-服务器”的通信
server（服务端）: 访问对象字典的所有者
client（客户端）: 访问对象字典并启动与专用sdo“服务器”通信的设备
尽管sdo 非常灵活，但overhead 的存在使其不太适合实时数据操作。为了解决这个问题，使用了进程数据对象协议。
▶ 进程数据对象协议（pdo）
● pdo 通常被视为一个重要的canopen 协议，因为它承载了大量的信息
● canopen 使用进程数据对象（pdo）跨canopen 节点在实时操作数据中传播高优先级控制和状态信息
● pdo 由单个can 帧组成，可在单个帧内仅传送多达8字节的应用程序数据，其中包含多个对象参数值
producer（生产者）: 它产生要传输到主机的数据
consumer（消费者）：这里的主机就是消费者。它从生产者那里接收数据
▶ 网络管理协议（nmt）
nmt 服务定义canopen 设备的通信方式。在接收到nmt 协议时，canopen 设备被迫转换到命令的nmt 状态。nmt 状态机包括：
● 初始化状态（设备在通电或复位后进入初始化状态）
● 预运行状态
● 运行状态
● 停止状态
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在nmt中，模块需要使用sdo协议操作，因为pdo仅在操作状态下才可运作。
▶ 特殊功能协议
为了产生特定的网络行为，canopen提供了三种特定的协议：
● synchronisation protocol（同步协议）：该协议允许同步多个设备。同步生成器或应用程序主机定期传输同步协议。根据预定义的连接设置，同步消息映射到单个can 帧，cob id 为80h。（它不携带数据（dlc=0））
● emergency protocol（应急协议）：
任何内部设备错误都会触发应急协议。在这种情况下，紧急消息由故障设备发送。每个错误事件只传输一次。故障设备使用将can标识符cob id 80h+（节点id）分配给紧急消息的功能。
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