CANopen

title: 设备模型.
content: 以下是所有CANopen设备都要具备的功能:
title: 物件字典.
content: CANopen设备都需要具备物件字典,用来设定设备组态及进行非即时的通讯。物件字典的entry定义如下:  在CANopen标准中定义了物件字典中的基本资料型态,包括逻辑值、整数及浮点数。也定义了复合物件:如阵列、记录及字串。复合物件用一个8位元的数值作为其子索引(subindex)。记录或阵列中子索引0的位置记录此资料结构的元素个数,资料型态为UNSIGNED8。  例如在CiA301标准中,设备通讯的参数放在索引范围0x1000 - 0x1FFF(通讯行规区)。此区域的前几项如下:  若配合适当的工具,可以用编辑电子资料表(electronic data sheet, EDS)档案的方式规划一个设备,并且将变量的数值上传到设备中。EDS档案的格式通常会是INI档。
title: 通讯.
title: 通讯物件.
content: CANopen的物理层CANbus每次传送的资料量不大,其中包括11位元的ID、远端传输请求(RTR)位元及大小不超过8字节的资料。CANopen将CANbus 11位元的ID分为4位元的功能码及7位元的CANopen节点ID。7位元的ID共有128种不同的组合,其中ID 0不使用,因此一个CANopen网络上最多允许127台设备。CANbus在CAN 2.0 B规格中允许29位元的ID,因此若配合CAN 2.0 B使用,CANopen网络上可以超过127台设备,不过在实际运用中,大多数的CANopen网络上设备数量均低于此数值。  CANopen将CANbus的11位元ID称为通讯物件ID(COB-ID)。当传输资料出现碰撞时,CANbus的仲裁机制会使COB-ID最小的讯息继续传送,不用等待或重传。COB-ID的前4个位元是CANopen的功能码,因此数值小的功能码表示对应的功能重要,允许的延迟时间较短。  以下是一个标准的CANopen页框(frame):  在CANopen标准中,部分COB-ID被保留作网络管理及SDO通讯用。而在设备初始化后,有些功能码和COB-ID会对映到标准的功能,不过后续仍可以规划为其他用途。
title: 通讯模型.
content: CANopen设备间的通讯可分为以下三种通讯模型。
title: 协议.
title: NMT协议.
content: NMT(网络管理, Network management)协议是用来发布(设备内部)状态机的状态变更命令(如启动设备或停止设备)、以及监测远端设备启动及故障情形。  NMT master使用的模组控制协定可变更设备的状态。其COB-ID为0,其功能码及节点ID均为0,因此网络上的所有节点均会处理这个讯息。在此讯息的资料部分会有此讯息实际针对节点的ID,此ID也可为0,表示所有节点都要变更为指定的状态。  心跳协定(Heartbeat protocol)是用心跳机制来监控网络中的节点及确认其正常工作。心跳讯息的生产者(一般是slave设备)周期性的送出功能码1110、ID为本身节点ID的讯息,讯息的资料部分有一个表示节点状态的位元。而心跳讯息的消费者负责接收上述资料,若在指定时间(于设备的物件字典中定义)内,消费者均未收到讯息,可采取相关行动(例如显示错误或重置该设备)。  其格式为:  CANopen设备需要在bootup时自动从Initializing状态切换至Pre-operational状态,设备会在切换完成后送出一个心跳讯息,这就是心跳协定。  有一种pull model的NMT协定,称作节点监控(Node guarding)协定,也可以作从机的监控。
title: 服务资料物件(SDO)协定.
content: 服务资料物件(SDO)可用来存取远端节点的物件字典,读取或设定其中的资料。提供物件字典的节点称为SDO server,存取物件字典的节点称为SDO client。SDO通讯一定由SDO client开始,并提供初始化相关的参数。  在CANopen的术语中,上传是指由SDO server中读取资料,而下载是指设定SDO server的资料。  由于物件字典中的资料长度可能超过8个字节,无法只用一个CAN页框传输,SDO也支援长讯息的分割(segmentation)和合并(desegmentation)。这样的物件有二种:SDO下载/上传(SDO download/upload)及SDO区块下载/上传(SDO Block download/upload)。CANopen协定较新版本支援SDO区块传输,可以允许传输大量的资料,且传输的overhead可以较低。  负责处理SDO资料传输的COB ID可在物件字典中设定。在物件字典的索引0x1200至0x127F可设定SDO server的COB ID,最多可设定到127个。而SDO client可以在物件字典的索引0x1280至0x12FF中设定。不过预定义连结(pre-defined connection set)定义在开机后(Pre-operational状态)可用来设定设备组态的SDO。接收用的COB ID为0x600 +节点ID,而传送用的COB为0x580 +节点ID。  以下用SDO下载来说明SDO的协定,SDO client在要启始下载时,会送出CAN讯息,其ID为接收端SDO channel的COB ID,而CAN页框的资料字段内容如下:
title: 进程数据对象(PDO)协定.
content: 进程数据对象(PDO)协定可用来在许多节点之间交换即时的资料。可透过一个PDO,传送最多8字节(64位元)资料给一设备,或由一设备接收最多8字节(64位元)的资料。一个PDO可以由物件字典中几个不同索引的资料组成,规划方式则是透过物件字典中对应PDO mapping及PDO参数的索引。  PDO分为两种:传送用的TPDO及接收用的RPDO。一个节点的TPDO是将资料由此节点传输到其他节点,而RPDO则是接收由其他节点传输的资料。一个节点分别有4个TPDO及4个RPDO。  PDO可以用同步或异步的方式传送:同步的PDO是由SYNC讯息触发,而异步的PDO是由节点内部的条件或其他外部条件触发。例如若一个节点规划为允许接受其他节点产生的TPDO请求,则可以由其他节点送出一个没有资料但有设定RTR位元的TPDO(TPDO请求),使该节点送出需求的资料。  借由RPDO也可以使两个或两个以上的设备同时启动。只要将其RPDO对应到相同的TPDO即可。
title: 同步(SYNC)协定.
content: 同步协定使用生产者/消费者模型。同步生产者(Sync-Producer)会定时产生同步信号供同步消费者(Sync-Consumer)使用。当同步消费者收到信号,即可以进行已规划好的同步工作。  同步信号会定时产生,若有PDO是由同步信号引发,透过PDO传送时间及同步信号传送周期之间的调整,可以使传感器定期的取様,而致动器也可以根据最新的输入信号产生对应的输出。  在物件字典中,同步物件的索引为0x1005,可透过编辑此物件启动同步协定。
title: 时间标记物件(TIME)协定.
content: 一般而言,时间标记物件的内容是从1984年1月1日午夜之后到现在之间经过的时间,单位为毫秒。为一个48位元(6字节)的数值。  不过有些应用会要求时间要非常精确,这种情形会需要精准的同步,尤其是在大型网络,通讯速度受限时更是如此。此时需要将各设备的时钟同步,精准度要到毫秒的等级。这个要求可透过高分辨率的同步信号达成,在同步信号中也包括了另一种时间标记,可供各设备调整时钟用。  同步信号中的时间标记型态为unsigned32,单位为1毫秒,因此时间标记会在每72分钟归零重新计数。
title: 初始化.
content: 以下是在master初始化2个压力传感器(ID分别为1和2)中,通讯的资料。

Summary: CANopen是一种架构在控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)上的高层通讯协定,包括通讯子协定及设备子协定常在嵌入式系统中使用,也是工业控制常用到的一种现场总线。