CANopen协议
作者:互联网
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什么是CANOPEN协议
CANOPEN协议是基于CAN总线协议建立的应用层协议。
CANOPEN协议属于“主-从站协议”,一个CANOPEN网络中有一个主站和若干个从站。
每一个从站点都有一个ID号,一个数据字典和四种工作状态。
CANOPEN协议将CAN总线协议的通信帧进行了进一步的封装和分类,以满足更高层次通信的需要。
CANOPEN数据字典
CANOPEN网络中的每一个从站设备都要有一个数据字典,其实数据字典这个翻译不太准确,应该叫做“命令ID与功能对照表”。
比如网络中有一个信号灯设备,则这个设备就可能有这样一个数据字典。
index | subIndex | data | 功能 |
---|---|---|---|
0x400 | 0 | 0 | 开灯 |
0 | 1 | 关灯 |
其中index我们可以理解为“命令ID”,subIndex可以理解为“子ID”。
这个“字典”表示,只要有其他设备向信号灯发送一条包含命令ID为0x400和子ID为0的命令,如果data为0,则信号灯就亮;如果data为1,则信号灯就灭。所以说“数据字典”更像是“命令ID与功能对照表”。
实际上,CANOPEN协议规定了设备数据字典的格式,并对命令ID号进行了规定和划分(具体的规定很复杂,需要请参阅规范)。
有一些命令ID的功能是固定的,有一些则可以由设备生产厂家自己决定。命令ID对应的功能也不总是操作这个设备,也可以是读取这个设备的信息,比如设备名等。
接下来的问题是如何向一个设备发送命令ID呢?对此,CANOPEN协议也有规定,在下文中会进行介绍。
设备ID与常用通信对象
CANOPEN协议是一个“主-从站协议”,其中规定,在总线上每一个作为“从站”的设备要有一个自己的设备ID(主站设备不做强制要求)。
这个ID称为Node-ID,这个英文名字在许多文章中更常见,范围是1~127(0有特殊用途,不能作为ID分配给设备)。
同一个总线上不能出现ID号相同的两个从站设备。所以,基于CANOPEN协议的总线上最多有127个从站设备。
那么为什么是127个呢,为了解释这个问题,要先了解CANOPEN协议规定的通信对象。
就像CAN总线协议的基本通信单元称为“帧”一样,CANOPEN协议的基本通信单元叫做“通信对象”(英文为Object,姑且这么翻译吧)。
常用的通信对象有NMT、SYNC、EMERGENCY、TIME STAMP、SDO、PDO。
他们结构相同,包括funciton Code、Node-ID、DLC(数据长度)、DATA(数据)四部分构成。
本质上都是通过封装CAN总线协议的数据帧实现的。
他们的不同体现在DATA这个部分,有的对象DATA部分可以完全用来传输数据,有的对象针对DATA部分进一步做了划分和要求。
上文说过,CAN总线协议的数据帧包含一个仲裁段,其前11位是帧ID。CANOPEN协议进一步把帧ID分为FunctionCode和Node-ID两部分,如下:
function Code | Node-ID |
---|---|
4 | 7 |
由于Node-ID只有7位,最大值为127,所以CANOPEN协议的总线上最多有127个从站设备。functionCode和Node-ID在一起又被称为COB-ID。
DLC则对应数据帧控制段的后4位,表示后续负载数据的长度。
DATA与数据帧的数据段长度相同,至于有何用途,不同对象有不同要求。
functionCode | Node-ID | DLC | DATA |
---|---|---|---|
4bit | 7bit | 4bit | 8*8bit |
可见,CANOPEN协议的通信对象就是数据帧,只是进一步规定了数据帧的内容格式,所以说CANOPEN协议是基于CAN总线协议的应用层协议。
PDO对象
上文中提到常用的通信对象有NMT、SYNC、EMERGENCY、TIME STAMP、SDO、PDO,每一种通信对象都有自己的用途。本章重点介绍PDO对象,了解了这个对象的机理,其他对象也可以融会贯通。
1 PDO对象概述
PDO对象称为“过程数据对象”,用于无连接的数据传输,即A站发送数据给B站后,不需要等待B站给出确认收到的应答。当然B站也可以应答一些信息给A站,这个有点像网络通信中的UDP协议,即应答不是强制要求的,B站可以回答,也可以不回答。
PDO对象的DATA部分可以完全用来传输数据,没有进步做要求。
根据上文知道,CAN总线本质上是广播的,对于B站来说,它面临三个问题(假设B站是主站):
- 总线上的通信对象是不是PDO对象,因为不同对象的数据部分的含义是不同的,需要不同的方式去解析;
- 如何知道PDO对象是A站发出的;
- 如何回答,即发送PDO给A站。
对于问题1,B站是通过读取functionCode来判断当前总线上是不是PDO对象的。上文提到functionCode有4bit位,即有16个不同的functionCode。
CANOPEN协议并没有硬性规定PDO对象必须使用那一个(或几个)functionCode,A站和B站可以自行约定。
但是CANOPEN协议给了一个划分的《建议》(用书名号只是为了强调,不是真有一本叫做建议的书),既然是建议,你可以遵守也可以不遵守,但事实上,只要不是特殊情况,所用人都遵守了这个《建议》,如下:
对象 | functionCode | Node-ID | COB-ID |
---|---|---|---|
NMT(Model Control) | 0x0 | 0x0 | 0x0 |
SYNC | 0x1 | 0x0 | 0x80 |
TIME STAMP | 0x2 | 0x0 | 0x100 |
EMERGENCY | 0x1 | 0x1-0x7F | 0x81-0xFF |
PDO | 0x3-0xA | 0x1-0x7F | 0x181-0x57F |
SDO | 0xB-0xC | 0x1-0x7F | 0x581-0x67F |
NMT(ERROR) | 0xD | 0x1-0x7F | 0x701-0x77F |
对于问题2和问题3,我们先假设A站的Node-ID为1,并且需要进一步引入TPDO和RPDO的概念才能解决。
从上表中我们注意到PDO的functionCode是一个范围,共8个,即functionCode在此范围内的所有通信对象都是PDO对象。刚才提到的《建议》进一步对PDO进行了细分。以A站的PDO为例,如下表:
对象 | functionCode | Node-ID | COB-ID |
---|---|---|---|
TPDO1 | 0x3 | 0x1 | 0x181 |
RPDO1 | 0x4 | 0x1 | 0x201 |
TPDO2 | 0x5 | 0x1 | 0x281 |
RPDO2 | 0x6 | 0x1 | 0x301 |
TPDO3 | 0x7 | 0x1 | 0x381 |
RPDO3 | 0x8 | 0x1 | 0x401 |
TPDO4 | 0x9 | 0x1 | 0x481 |
RPDO4 | 0xA | 0x1 | 0x501 |
通过上表,我们可以看出,从站A可以拥有8个PDO对象,其中4个为TPDO,4个为RPDO。下面来回答问题2,B站“如何知道PDO是A站发来的?”。答案就是检测PDO对象是否属于A站的TPDO,即COB-ID等于0x181,0x281,0x381或0x481。
对于问题3,答案是B站(主站)发送属于A站的RPDO。A站检查到总线上有自己的RPDO就知道数据是发送给自己的。
2 PDO对象的引申问题
上一节讲了“主-从”站间PDO对象的通信原理。不过有一个大前提就是我们遵循了《建议》,这就引申出如下两个问题:
- 《建议》给每个从站分配了4个RPDO对象,即每次主站最多只能发送4*8BYTE(64字节)的数据给从站,不够怎么办?
- 从站与从站之间如何通信?
对于问题1,答案是不去遵守《建议》,自己根据需要规定,比如将0x281也规定为RPDO也可以,只要主站和从站都遵守这个规定就行。但这种情况是不多见的,因为《建议》本身是许多厂商共同商讨的结果,显然满足绝大部分应用情况。
对于问题2,其实超出了CANOPEN协议的应用范围,因为CANOPEN协议是“主-从站”协议,这类协议的特点就是从站之间没有通信的渠道。如果需要通信,也是通过主站中转。比如从站A发给主站,主站再发给从站B,来实现从站A与从站B的通信。从我的工业经验来看,这种从站之间通信的情况就没发生过。
SDO对象
有了PDO对象的基础,SDO对象的说明就容易多了。
- SDO对象也分为TSDO和RSDO两种。(遵循《建议》)
- SDO对象是用来操作从站设备的数据字典的。
- SDO对象是一个有应答的通信对象,即主站发送RSDO给从站后,从站如果接收到,必须发送TSDO给主站进行应答。
- SDO对象对DATA段进行了进一步的规定和划分。
以下为SDO对象的结构
functionCode | Node-ID | DLC | ControlCode | Index | SubIndex | data |
---|---|---|---|---|---|---|
4bit | 7bit | 4bit | 8bit | 16bit | 8bit | 32bit |
其中ControlCode、Index、SubIndex和data就是DATA部分,SDO对象对此进行了细分规定。Index,SubIndex和data的含义,可以参考前文数据字典部分的信号灯的例子。
ControlCode在RSDO中经常表示此次操作是写入数据字典还是读取数据字典,在TSDO中表示写入是否成功,或者错误码一类的。虽然只有8bit,但是其构成还是挺复杂的,这里就不详细描述了,可以在网上找更加详细的文档来看。
标签:协议,对象,CANopen,0x1,PDO,CANOPEN,ID 来源: https://www.cnblogs.com/real-bert/p/11728083.html