在閱讀有關(guān)CAN總線的文章時，你肯定會遇到“CANopen”這個詞，它其實是一個基于CAN 的通信系統(tǒng)。CANopen 在基本術(shù)語中可以定義為在CAN 總線傳輸數(shù)據(jù)時使用的通信語言。發(fā)送者和接收者對數(shù)據(jù)信息的定義需要遵循共同的標(biāo)準(zhǔn)。

與CAN 總線底層協(xié)議包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層相比，CANopen 則是包含網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層這五個層次的高層協(xié)議。

在CAN總線上這些協(xié)議層之間都是獨立的。

在CAN總線上這些協(xié)議的功能描述如下：

盡管CAN 總線已經(jīng)成功的應(yīng)用在很多行業(yè)，但是為了讓它能夠應(yīng)用在更多的領(lǐng)域，CANopen 被設(shè)計出來。最初CANopen 是為面向運動的機(jī)器控制系統(tǒng)設(shè)計的，如今它在各個領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，例如：

Robotics（機(jī)器人）

Medical equipment（醫(yī)療設(shè)備）

Stepper and servo motors（步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)）

Food processing（食品加工）

Automation（自動化）

Off-road vehicles（非公路車輛）

Marine electronics（船用電子設(shè)備）

Railway application（鐵路應(yīng)用）

Building automation（建筑自動化）

Mechanical manufacturing（機(jī)械制造）

Industrial machinery（工業(yè)機(jī)械）

Security monitoring（安防）

CANopen 使設(shè)計人員能夠執(zhí)行各種功能，使CAN 總線更適合于嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。它提供了高度靈活的配置功能。使用CAN-open，能夠做到：

實現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)行為

影響和控制網(wǎng)絡(luò)行為

溝通和處理數(shù)據(jù)

設(shè)備內(nèi)部故障提示

設(shè)備能夠點對點通信

定義內(nèi)部設(shè)備結(jié)構(gòu)

允許數(shù)據(jù)速率在10kbps-1000kbps 間調(diào)整

CANopen 的內(nèi)部設(shè)備結(jié)構(gòu)有三個主要的邏輯部分：

CANopen 消息幀格式: CANopen 的消息幀格式和CAN總線的相似。它包含了的COB-ID 和控制位，為了避免和CAN 總線的COB-ID 沖突，所有的COB-ID 均不相同。

CANopen 協(xié)議：

一個CANopen協(xié)議棧實現(xiàn)幾個CANopen COB與對應(yīng)速率的CANopen 通信。CANopen 協(xié)議由以下部分組成：

數(shù)據(jù)對象服務(wù)協(xié)議（SDO）

SDO服務(wù)使CANopen節(jié)點能夠通過CAN網(wǎng)絡(luò)讀取、編輯、更改或訪問另一節(jié)點對象字典的值

這是一種確認(rèn)的通信服務(wù)，由兩個具有不同CAN標(biāo)識符的CAN數(shù)據(jù)幀組成

在以CAN為傳播媒介上建立兩個CANopen設(shè)備之間的對等“客戶端-服務(wù)器”的通信Server（服務(wù)端）: 訪問對象字典的所有者Client（客戶端）: 訪問對象字典并啟動與專用SDO“服務(wù)器”通信的設(shè)備

盡管SDO 非常靈活，但OVERHEAD 的存在使其不太適合實時數(shù)據(jù)操作。為了解決這個問題，使用了進(jìn)程數(shù)據(jù)對象協(xié)議。

進(jìn)程數(shù)據(jù)對象協(xié)議（PDO）

PDO 通常被視為一個重要的CANopen 協(xié)議，因為它承載了大量的信息

CANopen 使用進(jìn)程數(shù)據(jù)對象（PDO）跨CANopen 節(jié)點在實時操作數(shù)據(jù)中傳播高優(yōu)先級控制和狀態(tài)信息

PDO 由單個CAN 幀組成，可在單個幀內(nèi)僅傳送多達(dá)8字節(jié)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，其中包含多個對象參數(shù)值Producer（生產(chǎn)者）: 它產(chǎn)生要傳輸?shù)街鳈C(jī)的數(shù)據(jù)Consumer（消費者）：這里的主機(jī)就是消費者。它從生產(chǎn)者那里接收數(shù)據(jù)

網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（NMT）

NMT 服務(wù)定義CANopen 設(shè)備的通信方式。在接收到NMT 協(xié)議時，CANopen 設(shè)備被迫轉(zhuǎn)換到命令的NMT 狀態(tài)。NMT 狀態(tài)機(jī)包括：

初始化狀態(tài)（設(shè)備在通電或復(fù)位后進(jìn)入初始化狀態(tài)）

預(yù)運行狀態(tài)

運行狀態(tài)

停止?fàn)顟B(tài)

NMT 協(xié)議發(fā)送單個CAN 幀，數(shù)據(jù)長度為2字節(jié)，CAN ID為0。它包含命令標(biāo)識符/功能代碼（第一位），它代表請求狀態(tài)，對于NMT，如果將其設(shè)置為顯性狀態(tài)0，則所有節(jié)點都必須執(zhí)行該命令。節(jié)點ID——作為指定的名字，包含需要遵守狀態(tài)轉(zhuǎn)換命令的模塊ID。

在NMT中，模塊需要使用SDO協(xié)議操作，因為PDO僅在操作狀態(tài)下才可運作。

特殊功能協(xié)議

為了產(chǎn)生特定的網(wǎng)絡(luò)行為，CANopen提供了三種特定的協(xié)議：

Synchronisation Protocol（同步協(xié)議）：該協(xié)議允許同步多個設(shè)備。同步生成器或應(yīng)用程序主機(jī)定期傳輸同步協(xié)議。根據(jù)預(yù)定義的連接設(shè)置，同步消息映射到單個CAN 幀，COB ID 為80h。（它不攜帶數(shù)據(jù)（DLC=0））

Emergency Protocol（應(yīng)急協(xié)議）：任何內(nèi)部設(shè)備錯誤都會觸發(fā)應(yīng)急協(xié)議。在這種情況下，緊急消息由故障設(shè)備發(fā)送。每個錯誤事件只傳輸一次。故障設(shè)備使用將CAN標(biāo)識符COB ID 80h+（節(jié)點ID）分配給緊急消息的功能。如果CAN總線上的設(shè)備沒有新的錯誤，則不會繼續(xù)傳輸此類消息

Time-stamp protocol（時間戳協(xié)議）：允許CANopen系統(tǒng)的用戶調(diào)整特定的網(wǎng)絡(luò)時間，該時間戳映射到一個CAN幀，該幀具有6字節(jié)的數(shù)據(jù)。這6個字節(jié)中最初的4個字節(jié)代表“一天之中的時間”信息，4個字節(jié)存儲的都為毫秒信息，接下來的2個字節(jié)則為1984年1月1日0點這個數(shù)據(jù)信息。默認(rèn)情況下，關(guān)聯(lián)的CAN幀預(yù)設(shè)值為CAN標(biāo)識符100h。

錯誤控制協(xié)議：監(jiān)聽CANopen 網(wǎng)絡(luò)

Heartbeat Protocol（防斷連協(xié)議）：防斷連協(xié)議驗證其可用性及NMT 有限狀態(tài)自動化（FSA）。對于CANopen 中的所有網(wǎng)絡(luò)。防斷連信號循環(huán)傳輸，以確認(rèn)防斷連發(fā)生器的可用性。

Boot up protocol（啟動協(xié)議）：這表示一種獨特類型的錯誤控制協(xié)議。在進(jìn)入NMT FSA 預(yù)運行狀態(tài)之前，它將作為NMT FSA 狀態(tài)初始化中的最終操作進(jìn)行傳輸。接收到此消息表示

新設(shè)備已注冊到CANopen 網(wǎng)絡(luò)

更改網(wǎng)絡(luò)設(shè)置（當(dāng)有新設(shè)備添加到CANopen 時）

它可以被認(rèn)為是CANopen 網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)錯誤情況的標(biāo)志

審核編輯：湯梓紅