CAN、CANopen協(xié)議棧詳解【硬核，慎點(diǎn)】

一口Linux

第一章 CAN協(xié)議棧詳解本章目錄

前言

一、CAN簡(jiǎn)介

二、CAN的發(fā)展歷史

三、CAN的電氣特性

四、CAN協(xié)議棧

    4.1、CAN協(xié)議棧解析

    4.2、CAN收發(fā)過(guò)程

    4.3、CAN錯(cuò)誤處理

    4.4、CAN波特率

    4.5、CAN過(guò)濾

總結(jié)
本章介紹了CAN協(xié)議棧的發(fā)展歷史、電氣特性、基礎(chǔ)理論、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧解析等干貨知識(shí)點(diǎn)。
一、CAN簡(jiǎn)介CAN包含兩個(gè)部分，分別是CAN總線(xiàn)和CAN總線(xiàn)協(xié)議。
CAN總線(xiàn)：
控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)（CAN，Controller Area Network）是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線(xiàn)，它是使用兩根信號(hào)總線(xiàn)（雙絞線(xiàn)的形式）來(lái)傳輸信號(hào)，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通訊，在車(chē)載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。一個(gè)由CAN 總線(xiàn)構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以?huà)旖訜o(wú)數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。CAN 可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能力。CAN總線(xiàn)協(xié)議：
CAN總線(xiàn)協(xié)議是 ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議：CAN協(xié)議用于汽車(chē)中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線(xiàn)束。該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用。CAN協(xié)議的特性包括完整性的串行數(shù)據(jù)通訊、提供實(shí)時(shí)支持、傳輸速率高達(dá)1Mb/s、同時(shí)具有11位的尋址以及檢錯(cuò)能力。CAN總線(xiàn)協(xié)議是一個(gè)載波偵聽(tīng)（CSMA）、基于報(bào)文優(yōu)先級(jí)碰撞檢測(cè)和仲裁（CD+AMP）的多路訪問(wèn)協(xié)議：

CSMA：意思是總線(xiàn)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在企圖發(fā)送報(bào)文前，必須要監(jiān)聽(tīng)總線(xiàn)，當(dāng)總線(xiàn)處于空閑時(shí)，才可發(fā)送。

CD+AMP：意思是通過(guò)預(yù)定編程好的報(bào)文優(yōu)先級(jí)逐位仲裁來(lái)解決碰撞，報(bào)文優(yōu)先級(jí)位于每個(gè)報(bào)文的標(biāo)識(shí)域。更高級(jí)別優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)的報(bào)文總是能獲得總線(xiàn)訪問(wèn)權(quán)，即：標(biāo)識(shí)符中最后保持邏輯高電平的會(huì)繼續(xù)傳輸，因?yàn)樗�具有更高�?yōu)先級(jí)。二、CAN的發(fā)展歷史

1980年代初期，由于沒(méi)有可滿(mǎn)足汽車(chē)工程師的總線(xiàn)協(xié)議，人們開(kāi)始開(kāi)發(fā)新的串行總線(xiàn)。

1986年2月，在底特律舉行SAE會(huì)議上CAN總線(xiàn)誕生，稱(chēng)之為Automotive Serial Controller Area Network。

1991年，博世發(fā)布CAN2.0規(guī)范，分CAN 2.0A(具有11位標(biāo)識(shí)符)和CAN 2.0B(具有29位標(biāo)識(shí)符)。

1993年，ISO組織發(fā)布CAN標(biāo)準(zhǔn)IS0 11898: IS0 11898-1涵蓋數(shù)據(jù)鏈路層，IS0 11898-2涵蓋高速CAN的CAN物理層(經(jīng)典CAN速度1Mbps，CAN FD 5Mbps) ，IS0 11898-3 涵蓋低速，容錯(cuò)CAN的物理層 (速度125Kbps)，后續(xù)還推出了ISO 11898 -4 -5和-6標(biāo)準(zhǔn)。

2012年，博世發(fā)布CAN FD 1.0，速度2Mbps，使用CAN FD-SiC (加強(qiáng)版CAN PHY)可以做到5-8Msps。以STM32H7為例，帶的CANFD是支持經(jīng)典CAN的CAN2.0A和CAN2.0B，以及CANFD V1.0規(guī)范，兼容ISO 11898-1 : 2015和ISO11898 -4。

2018年12月，開(kāi)始推出第三代CAN數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議CAN XL，速度提升至10Mbsp。

2022年11月、博世推出下一代CAN IP核CAN XL，速度高達(dá)20Mbps。


三、CAN的電氣特性

CAN總線(xiàn)測(cè)試階段，至少一端的終端120Q終端電阻不可以省略。

CAN是差分通信，總線(xiàn)電平分為顯性電平和隱性電平兩種�？偩�(xiàn)上執(zhí)行邏輯上的線(xiàn)“與”：顯性電平為0，隱性電平為1。顯性電平具有主導(dǎo)性，只有所有節(jié)點(diǎn)都輸出隱性電平時(shí)總線(xiàn)上才是隱性。

測(cè)量發(fā)現(xiàn)CAN僅接一端的終端電阻，結(jié)束的時(shí)候波形會(huì)有個(gè)抬高。

通信速度和最大長(zhǎng)度理論值，主要是經(jīng)典CAN，所有節(jié)點(diǎn)操作必須在同一個(gè)CAN波特率下。

在測(cè)試階段，測(cè)試軟件應(yīng)用層時(shí)，由于STM32芯片大部分都是雙CAN，所以可以通過(guò)特別操作，不使用CAN PHY芯片也可以實(shí)現(xiàn)CAN通訊，不過(guò)這個(gè)不是差分電平。



[/ol]四、CAN協(xié)議棧CAN協(xié)議棧的幀類(lèi)型包括數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀和幀間隔。
4.1、CAN協(xié)議棧解析

數(shù)據(jù)幀：發(fā)送單元向接收單元傳送數(shù)據(jù)的幀。



① 起始段：表示數(shù)據(jù)幀開(kāi)始的段。
SOF：幀起始（1位），顯性（0）表示報(bào)文的開(kāi)始，并用于同步總線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)。
② 仲裁段：表示該幀優(yōu)先級(jí)的段。標(biāo)識(shí)符：標(biāo)識(shí)符（11位），標(biāo)準(zhǔn)格式具有11位標(biāo)識(shí)符，用來(lái)確定報(bào)文的優(yōu)先級(jí)。此域的數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。
RTR：遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位（1位），當(dāng)需要從另一個(gè)節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求信息（遙控幀）時(shí)，此位為顯性（0）。
所有節(jié)點(diǎn)都能接收這個(gè)請(qǐng)求，但是幀標(biāo)識(shí)符確定被指定的節(jié)點(diǎn)。響應(yīng)數(shù)據(jù)幀同樣被所有節(jié)點(diǎn)接收，可以被有興趣的節(jié)點(diǎn)使用。
③ 控制段：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段。IDE：標(biāo)志符擴(kuò)展位（1位），為顯性（0）時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)格式，為隱性（1）時(shí)表示這是擴(kuò)展格式。
r0：保留位（1位），必須全部以顯性電平發(fā)送，但接收方可以接收任意電平。
DLC：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼（4位），表示傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)目，一幀最多傳輸8字節(jié)用戶(hù)數(shù)據(jù)。
④ 數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)的內(nèi)容，經(jīng)典CAN支持0-8字節(jié)，CANFD支持0-64字節(jié)。⑤ 校驗(yàn)段：檢查幀的傳輸錯(cuò)誤的段。
CRC：經(jīng)典CAN是15bit+1個(gè)bit的CRC界定符 (用于位分隔)，CANFD是17或者21bit+1個(gè)界定符。
CRC Delimiter：置“1”。
CRC的計(jì)算范圍包括起始段，仲裁段，控制段，數(shù)據(jù)段，接收方以同樣的算法計(jì)算CRC值并進(jìn)行比較，不一致會(huì)通報(bào)錯(cuò)誤。
⑥ 應(yīng)答段：表示確認(rèn)正常接收的段。ACK：包含應(yīng)答位和應(yīng)答界定符（2位）。
發(fā)送節(jié)點(diǎn)的報(bào)文幀中，ACK兩位是隱性位，當(dāng)接收器正確地接收到有效的報(bào)文，接收器會(huì)在應(yīng)答位期間向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)顯性位，表示應(yīng)答。
如果接收器發(fā)現(xiàn)這幀數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，則不向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送ACK應(yīng)答，發(fā)送節(jié)點(diǎn)會(huì)稍后重傳這幀數(shù)據(jù)。
⑦ 結(jié)束段：表示數(shù)據(jù)幀結(jié)束的段。EOF：幀結(jié)束標(biāo)志位（7位），全部為隱性位。如果這7位出現(xiàn)顯性位，則會(huì)引起填充錯(cuò)誤。
IFS：幀間隔標(biāo)志位（7位），CAN控制器將接收到的幀正確的放入消息緩沖區(qū)是需要一定時(shí)間的，幀間隔可以提供這個(gè)時(shí)間。

遠(yuǎn)程幀：接收單元向具有相同ID的發(fā)送單元請(qǐng)求數(shù)據(jù)的幀。
遙控用于接收單元向具有相同 ID 的發(fā)送單元請(qǐng)求數(shù)據(jù)的幀，CANFD沒(méi)有遙控幀，只有經(jīng)典CAN有遠(yuǎn)程幀。遠(yuǎn)程幀相比數(shù)據(jù)幀沒(méi)有數(shù)據(jù)段。需要注意的是，目前CAN官方建議不再使用遠(yuǎn)程幀。
擴(kuò)展格式相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)格式改動(dòng)的內(nèi)容如下：
①SRR：代替遠(yuǎn)程請(qǐng)求位，為隱性。所以當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀發(fā)送相互沖突并且擴(kuò)展幀的基本標(biāo)識(shí)符與標(biāo)準(zhǔn)幀的標(biāo)識(shí)符相同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先級(jí)高于擴(kuò)展幀。②IDE ：為隱性位表示標(biāo)志位擴(kuò)展幀，18位擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符緊跟著IDE位。③18位標(biāo)識(shí)符：增加18位標(biāo)識(shí)符。④r1：保留位。

錯(cuò)誤幀：當(dāng)檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)向其他單元通知錯(cuò)誤的幀。
接收節(jié)點(diǎn)或者發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)，通知錯(cuò)誤的幀。
主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志：6個(gè)bit的顯性位；被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志：6個(gè)bit的隱性位；錯(cuò)誤界定符：8個(gè)bit隱性位。

過(guò)載幀：接收單元表明其自身尚未做好準(zhǔn)備的幀。

幀間隔：將數(shù)據(jù)幀及遙控幀與前面的幀分離開(kāi)來(lái)的幀。
[/ol]4.2、CAN收發(fā)過(guò)程

發(fā)送過(guò)程
① 設(shè)置發(fā)送節(jié)點(diǎn)的ID，DLC，數(shù)據(jù)等。
② 設(shè)置CAN控制器，啟動(dòng)發(fā)送幀。
③ 任何節(jié)點(diǎn)，在總線(xiàn)空閑時(shí)，都可以啟動(dòng)發(fā)送幀。
④ 除了啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送的節(jié)點(diǎn)，其余所有節(jié)點(diǎn)都在等待接收數(shù)據(jù)。
⑤ 如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送，將進(jìn)行仲裁，ID值小的優(yōu)先處理，ID值大的停止發(fā)送，進(jìn)入接收狀態(tài)。
⑥ 此時(shí)，僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，否則還有其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)將造成異常。
⑦ 當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)完成消息發(fā)送，將等待應(yīng)答bit被拉低為0，表示接收節(jié)點(diǎn)正常收到數(shù)據(jù)了。
⑧ 發(fā)送節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)已經(jīng)送達(dá)接收節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)發(fā)送頓數(shù)據(jù)中的結(jié)束段，之后發(fā)送節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入接收狀態(tài)或者繼續(xù)發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。接收節(jié)點(diǎn)將處理收到的數(shù)據(jù)。
⑨ 此時(shí)，任何數(shù)據(jù)都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，總線(xiàn)將進(jìn)入空閑狀態(tài)。
⑩ 如果沒(méi)有收到應(yīng)答，將按照CAN錯(cuò)誤方式處理 。

接收過(guò)程
① 所有節(jié)點(diǎn)，除了發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)和處于總線(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)，都處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。
② CAN數(shù)據(jù)將按照前面說(shuō)的CAN發(fā)送過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
③ 所有處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)都將收到數(shù)據(jù)，如果被認(rèn)為是沒(méi)有錯(cuò)誤的有效 CAN 消息，監(jiān)聽(tīng)節(jié)點(diǎn)將應(yīng)答。
④ 如果接收節(jié)點(diǎn)設(shè)置了CAN過(guò)濾器，將根據(jù)過(guò)濾設(shè)置濾掉不需要的消息。
[/ol]4.3、CAN錯(cuò)誤處理
檢測(cè)到幀錯(cuò)誤處理：

接收錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)將拉低 (顯性電平0) 總線(xiàn)至少6個(gè)bit。

超過(guò)5個(gè)bit相同極性，將觸發(fā)位填充，這個(gè)是硬件完成的，不需要用戶(hù)操作。

錯(cuò)誤幀以通知發(fā)送給所有節(jié)點(diǎn)，這個(gè)是硬件完成的。

發(fā)送總線(xiàn)放棄當(dāng)前幀，8 bit的 TEC 發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器寄存器的值加X(jué)。

如果此TEC 等于0xFF，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)將 BUSOFF (總線(xiàn)關(guān)閉) 并使自己脫離總線(xiàn)。

如果不是，則嘗試重傳消息，該消息必須與其他消息一起再次經(jīng)過(guò)優(yōu)先級(jí)處理。

所有其他節(jié)點(diǎn)放棄讀取當(dāng)前幀，REC接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器寄存器的值加X(jué)。

任何有消息排隊(duì)的節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在都將啟動(dòng)發(fā)送，其它的節(jié)點(diǎn)進(jìn)去監(jiān)聽(tīng)。

如果每次傳輸一個(gè)幀或接收一幀成功，相應(yīng)的 TEC 和 REC 寄存器遞減 (通常只遞減 1)。
[/ol]4.4、CAN波特率
CANFD波特率計(jì)算，含仲裁階段可變波特率和數(shù)據(jù)階段可變波特率，而經(jīng)典CAN只有一種波特率。
4.5、CAN過(guò)濾
標(biāo)識(shí)符過(guò)濾器是用于接收的，發(fā)送的時(shí)候無(wú)需設(shè)置過(guò)濾器，根據(jù)發(fā)送端發(fā)送來(lái)的幀數(shù)據(jù)，通過(guò)標(biāo)識(shí)符過(guò)濾器就可以設(shè)置僅接收需要接收的幀數(shù)據(jù)有效降低CPU多余的處理時(shí)間。

經(jīng)典CAN支持標(biāo)識(shí)符列表模式和屏蔽位模式。

CANFD支持范圍過(guò)濾器 (Range filter) 、專(zhuān)用ID的過(guò)濾器 (Filter for dedicated IDs)和經(jīng)典位屏蔽過(guò)濾器 (Classic bit mask filter)。

[/ol]總結(jié)本章介紹了CAN協(xié)議棧的發(fā)展歷史、電氣特性、基礎(chǔ)理論、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧解析等干貨知識(shí)點(diǎn)。
第二章 CANopen協(xié)議棧詳解本章目錄前言
一、CANopen簡(jiǎn)介二、CANopen的發(fā)展歷史三、CANopen ID四、CANopen協(xié)議棧框架五、PDO六、SDO    6.1、快速SDO報(bào)文格式：    6.2、普通SDO報(bào)文格式：        6.2.1 普通SDO的讀操作報(bào)文格式        6.2.2 普通SDO的寫(xiě)操作報(bào)文格式七、NMT八、時(shí)間戳協(xié)議九、同步協(xié)議十、緊急報(bào)文協(xié)議總結(jié)
CANopen是基于CAN（控制器局域網(wǎng)）總線(xiàn)的一種高級(jí)通信協(xié)議，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化和嵌入式系統(tǒng)中。本章旨在提供詳細(xì)的CANopen相關(guān)知識(shí)、最佳實(shí)踐和實(shí)際應(yīng)用案例。包括但不限于CANopen標(biāo)準(zhǔn): 對(duì)CANopen規(guī)范進(jìn)行深入講解，包括但不限于通信對(duì)象(COB-ID)的管理，進(jìn)程數(shù)據(jù)對(duì)象(PDO)、服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象(SDO)和網(wǎng)絡(luò)管理(NMT)等核心概念。一、CANopen簡(jiǎn)介CANopen是基于Can的應(yīng)用層協(xié)議，其報(bào)文分為過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象 (PDO) 和服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象(SDO)CANopen本身的設(shè)計(jì)目的就是實(shí)現(xiàn)小網(wǎng)絡(luò)、控制信號(hào)的實(shí)時(shí)通訊，所以為了節(jié)約時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，最大限度保證實(shí)時(shí)性，CANopen作了一些定義:報(bào)文傳輸采用CAN標(biāo)準(zhǔn)幀格式，即11bit的ID域，以盡量減小傳輸時(shí)間；網(wǎng)絡(luò)控制報(bào)文均采用數(shù)據(jù)最小字節(jié)數(shù)。比如心跳報(bào)文，只有1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)更新的過(guò)程數(shù)據(jù)無(wú)需接收方報(bào)文應(yīng)答，即采用生產(chǎn)消費(fèi)模型，降低總線(xiàn)負(fù)載；需要接收方確認(rèn)的配置參數(shù)一般都是采用快速單字傳輸，即1個(gè)報(bào)文最大傳送1個(gè)32位的參數(shù)變量，避免分幀引起的實(shí)時(shí)性降低。[/ol]
從 OSI 的 7 層網(wǎng)絡(luò)模型的角度來(lái)看同，CAN（Controller Area Network）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)僅僅定義了第 1 層（物理層，見(jiàn) ISO11898-2 標(biāo)準(zhǔn)）、第 2 層（數(shù)據(jù)鏈路層，見(jiàn) ISO11898-1 標(biāo)準(zhǔn)）；而在實(shí)際設(shè)計(jì)中，這兩層完全由硬件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員無(wú)需再為此開(kāi)發(fā)相關(guān)軟件（Software）或固件（Firmware），只要了解如何調(diào)用相關(guān)的接口和寄存器，即可完成對(duì) CAN 的控制。

CAN 總線(xiàn)的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中，由于設(shè)備的互通互聯(lián)的需求越來(lái)越多，所以需要一個(gè)開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議：這個(gè)協(xié)議支持各種 CAN 廠商設(shè)備的互用性、互換性，能夠?qū)崿F(xiàn)在 CAN 網(wǎng)絡(luò)中提供標(biāo)準(zhǔn)的、統(tǒng)一的系統(tǒng)通訊模式，提供設(shè)備功能描述方式，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理功能。其中包括：應(yīng)用層(Application layer)：為網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)有效設(shè)備都能夠提供一組有用的服務(wù)與協(xié)議。通訊描述(Communication profile)：提供配置設(shè)備、通訊數(shù)據(jù)的含義，定義數(shù)據(jù)通訊方式。設(shè)備描述(Device proflile)：為設(shè)備（類(lèi)）增加符合規(guī)范的行為。[/ol]
二、CANopen的發(fā)展歷史

1994年CiA聯(lián)盟(CAN in Automation ) 發(fā)布CANopen首版CiA301，CANopen的成功不是一個(gè)大供應(yīng)商推動(dòng)的，而是眾多中小企業(yè)推動(dòng)的。早期的CANopen，CAN遠(yuǎn)程還受到青睞，并且節(jié)點(diǎn)保護(hù)也是基于遠(yuǎn)程幀設(shè)計(jì)，后來(lái)被心跳報(bào)文取代，現(xiàn)在的CiA規(guī)范已經(jīng)不建議使用遠(yuǎn)程幀。CiA301是CANopen最重要的最重要的基礎(chǔ)協(xié)議，第一個(gè)版本已經(jīng)定義了PDO (過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象)和SDO(服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象)引入了PDO的同步傳輸以及網(wǎng)絡(luò)管理(NMT) 和緊急消息。后來(lái)在CiA301基礎(chǔ)之上，針對(duì)各個(gè)行業(yè)推出一大批子協(xié)議，[/ol]
三、CANopen ID這里的CAN-ID也叫COB-ID(Communication Objectldentifier, 通信對(duì)象編號(hào))。Node-ID節(jié)點(diǎn)ID，最大128個(gè)，范圍0-127。[/ol]

根據(jù)不同的功能碼，預(yù)定的CAN-ID如下：


四、CANopen協(xié)議�？蚣�


五、PDOPDO簡(jiǎn)介：過(guò)程數(shù)據(jù)，即單向傳輸，無(wú)需接收節(jié)點(diǎn)回應(yīng) CAN 報(bào)文來(lái)確認(rèn)，從通訊術(shù)語(yǔ)上來(lái)說(shuō)是于“生產(chǎn)消費(fèi)”模型，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度被限制為 1~8 字節(jié)。最多只要 1 就可以把一條信息或者一個(gè)變量傳遞結(jié)束。

PDO協(xié)議：節(jié)點(diǎn)的PDO共定義8個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，TPDO 和 RPDO 分別有4個(gè)，如下圖所示：

PDO數(shù)據(jù)對(duì)象有三個(gè)重要參數(shù)，分別為通訊參數(shù)，映射參數(shù)，數(shù)據(jù)存放。RPDO 通訊參數(shù) 1400h to15FFh，映射參數(shù) 1600h to 17FFh，數(shù)據(jù)存放為 2000h 之后廠商 自定義區(qū)域: TPDO 通訊參數(shù) 1800h to19FFh，映射參數(shù) 1A00h to 1BFFh,數(shù)據(jù)存放為 2000h 之后廠商自定義區(qū)域。所有的 PDO 傳送數(shù)據(jù)必須透過(guò)對(duì)象宇典映像到對(duì)應(yīng)的索引區(qū)上。
PDO通訊參數(shù)：

①Number of entries 參數(shù)條目數(shù)量: 即本索引中有幾條參數(shù)；②COB-ID: 即這個(gè) PDO 發(fā)出或者接收的對(duì)應(yīng) CAN ID；③發(fā)送類(lèi)型:即這個(gè) PDO 發(fā)送或者接收的傳輸形式，通常使用循環(huán)同步和異步制造商特定事件較多；④Inhibit time 生產(chǎn)禁止約束時(shí)間(1/10ms): 約束 PDO 發(fā)送的最小間隔，避免導(dǎo)致總線(xiàn)負(fù)載劇烈增加，比如數(shù)字量輸入過(guò)快，導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)改變發(fā)送的 TPDO 頻繁發(fā)送總線(xiàn)負(fù)載加大，所以需要一個(gè)約束時(shí)間來(lái)進(jìn)行“濾波”，這個(gè)時(shí)間單位為 0.lms；⑤Event timer 事件定時(shí)器觸發(fā)的時(shí)間(單位 ms):定時(shí)發(fā)送的 PDO，它的定時(shí)時(shí)間如果這個(gè)時(shí)間為 0，則這個(gè) PDO 為事件改變發(fā)送；⑥SYNC start value 同步起始值:同步傳輸?shù)?PDO，收到諾干個(gè)同步包后，才進(jìn)行發(fā)送，這個(gè)同步起始值就是同步包數(shù)量。比如設(shè)置為 2，即收到 2 個(gè)同步包后才進(jìn)行發(fā)送。
PDO映射：[/ol]為了更加直觀地表現(xiàn)映射，將參數(shù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)、CAN 報(bào)文數(shù)據(jù)聯(lián) 合起來(lái)展示，不同的映射采用不同的顏如下圖所示：


六、SDOSDO簡(jiǎn)介：服務(wù)數(shù)據(jù)，主要用于 CANopen 主站對(duì)從節(jié)點(diǎn)的參數(shù)配置。為每個(gè)消息都生成一個(gè)應(yīng)答，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，在一個(gè)CANopen 系統(tǒng)中，通常 CANopen 從節(jié)點(diǎn)作為 SDO 服務(wù)器，CANopen 主節(jié)點(diǎn)作為客戶(hù)端。

SDO協(xié)議：SDO 分為快速 SDO 協(xié)議和普通SDO協(xié)議，快速SDO數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最大4個(gè)字節(jié)，普通SDO沒(méi)有最大限制。其報(bào)文格式如下圖所示，由命令碼、索引、子索引和數(shù)據(jù)組成。

節(jié)點(diǎn)的SDO定義如下圖所示：

SDO 客戶(hù)端通過(guò)索引和子索引，能夠訪問(wèn) SDO 服務(wù)器上的對(duì) 象字典。這樣 CANopen 主節(jié)點(diǎn)可以訪問(wèn)從節(jié)點(diǎn)的任意對(duì)象字典項(xiàng)的參數(shù)，并且 SDO 也可以 傳輸任何長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。發(fā)送方 (客戶(hù)端)發(fā)送 CAN-ID 為600h+Node-ID 的報(bào)文，Node-D 為接收方(服務(wù)器) 的節(jié)點(diǎn)地址，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度均為 8 字節(jié)，實(shí)際數(shù)據(jù)小于8字節(jié)時(shí)，用0補(bǔ)齊到8字節(jié)。
[/ol]
快速SDO報(bào)文格式：快速SDO的讀報(bào)文格式如下圖所示：

快速SDO的寫(xiě)報(bào)文格式如下圖所示：

說(shuō)明：圖中的符號(hào)”-“表示數(shù)據(jù)不予考慮，使用0進(jìn)行填充。
普通SDO報(bào)文格式：普通SDO傳輸?shù)挠行��?shù)據(jù)長(zhǎng)度大于4個(gè)字節(jié)，采用分段式傳輸方式，讀和寫(xiě)均分成了三個(gè)階段:初始報(bào)文(在傳輸數(shù)據(jù)之前確認(rèn)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度)，傳輸過(guò)程報(bào)文(按照傳輸規(guī)格把數(shù)據(jù)進(jìn)行分段傳輸)；結(jié)束報(bào)文(數(shù)據(jù)分段的最后一段數(shù)據(jù))。
①普通SDO的讀操作報(bào)文格式分段讀初始報(bào)文：獲取從站(服務(wù)器)指定索引對(duì)象的讀取數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，與快速傳輸?shù)淖x指令一致使用0x40指令(這里同時(shí)也就說(shuō)明分段讀取是由從設(shè)備的返回?cái)?shù)據(jù)所決定的，這里返回的是0x41指今而不是快速傳輸中的0x43、47等指令) 。

分段讀傳輸過(guò)程報(bào)文：在傳輸過(guò)程中，主站(客戶(hù)端先發(fā)送指今0x60的報(bào)文開(kāi)始讀傳輸，同時(shí)從站(服務(wù)器)響應(yīng)0x00指令的報(bào)文上傳一段數(shù)據(jù)，下一主站發(fā)送0x70指令的報(bào)文，這時(shí)從站響應(yīng)0x10指令的報(bào)文繼續(xù)上傳下一段數(shù)據(jù)，然后又會(huì)再次按照0x60-00、0x70-10的順序接著下傳輸后續(xù)的數(shù)據(jù)，每次7個(gè)字節(jié)，最后的一段數(shù)據(jù)將會(huì)進(jìn)入結(jié)束報(bào)文階段。只要總數(shù)據(jù)大小不超過(guò)7也會(huì)一開(kāi)始直接進(jìn)入結(jié)束階段。

分段讀結(jié)束報(bào)文：在上一個(gè)階段中，數(shù)據(jù)是按照0x60-00、0x70-10的順序進(jìn)行交替?zhèn)鬏敚��?dāng)發(fā)送到最后一段數(shù)據(jù)時(shí)，主站并不知道是到達(dá)最后一段了，所以主站發(fā)送的“0x60或70“指令保持不變，而其對(duì)應(yīng)從站的響應(yīng)指令”0x00或10“替換成對(duì)應(yīng)的結(jié)束指令。

②普通SDO的寫(xiě)操作報(bào)文格式分段寫(xiě)初始報(bào)文：通知從站(服務(wù)器)指定索引對(duì)象的寫(xiě)入數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，使用0x21指令發(fā)送這個(gè)長(zhǎng)度值。

分段寫(xiě)傳輸過(guò)程報(bào)文：在傳輸過(guò)程中，主站(客戶(hù)端先發(fā)送指今0x00的報(bào)文開(kāi)始讀傳輸，同時(shí)從站(服務(wù)器)響應(yīng)0x20指令的報(bào)文上傳一段數(shù)據(jù)，下一主站發(fā)送0x10指令的報(bào)文，這時(shí)從站響應(yīng)0x30指令的報(bào)文繼續(xù)上傳下一段數(shù)據(jù):然后又會(huì)再次按照0x00-20、0x10-30的順序接著往下傳輸后續(xù)的數(shù)據(jù)，每次7個(gè)字節(jié)。最后的一段數(shù)據(jù)將會(huì)進(jìn)入結(jié)束報(bào)文階段。只要總數(shù)據(jù)大小不超過(guò)7也會(huì)一開(kāi)始直接進(jìn)入結(jié)束階段。

分段寫(xiě)結(jié)束報(bào)文：在上一個(gè)階段中，數(shù)據(jù)是按照0x00-20、0x10-30的順序進(jìn)行交替?zhèn)鬏�，�?dāng)發(fā)送到最后一段數(shù)據(jù)時(shí)，主站會(huì)把“0x00或10“指令替換成對(duì)應(yīng)的結(jié)束指令，而其對(duì)應(yīng)的從站響應(yīng)指令”0x20或30“保持不變。

[/ol]
七、NMT網(wǎng)絡(luò)管理NMT(NetworkManagement)采用的主從方式，主機(jī)節(jié)點(diǎn)可以向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送和請(qǐng)求數(shù)據(jù)。同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，一個(gè)或者多個(gè)從節(jié)點(diǎn)。

NMT節(jié)點(diǎn)狀態(tài)切換：

各種狀態(tài)下支持的報(bào)文操作：

上線(xiàn)報(bào)文：

心跳報(bào)文：

NMT報(bào)文：[/ol]


八、時(shí)間戳協(xié)議NMT主機(jī)發(fā)送自身的時(shí)鐘，為網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)提供公共的時(shí)間參考。


九、同步協(xié)議該報(bào)文對(duì)象主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的同步傳輸，一般同步報(bào)文由 NMT 主機(jī)發(fā)出。

同步窗口時(shí)間:索引1007h 約束了同步發(fā)送后，從節(jié)點(diǎn)發(fā)送PDO 的時(shí)效，即在這個(gè)時(shí)間內(nèi)發(fā)送的 PDO 才有效超過(guò)時(shí)間的 PDO將被丟棄。通訊循環(huán)周期:索引1006h 規(guī)定了同步頓的循環(huán)周期。
十、緊急報(bào)文協(xié)議當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生錯(cuò)誤，觸發(fā)該對(duì)象，發(fā)送設(shè)備內(nèi)部錯(cuò)誤代碼，提示 NMT 主站。緊急報(bào)文屬于診斷性報(bào)文，一般不會(huì)影響 CANopen 通訊。


總結(jié)CANopen是基于CAN（控制器局域網(wǎng)）總線(xiàn)的一種高級(jí)通信協(xié)議，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化和嵌入式系統(tǒng)中。本章旨在提供詳細(xì)的CANopen相關(guān)知識(shí)、最佳實(shí)踐和實(shí)際應(yīng)用案例。包括但不限于CANopen標(biāo)準(zhǔn): 對(duì)CANopen規(guī)范進(jìn)行深入講解，包括但不限于通信對(duì)象(COB-ID)的管理，進(jìn)程數(shù)據(jù)對(duì)象(PDO)、服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象(SDO)和網(wǎng)絡(luò)管理(NMT)等核心概念。
end

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