一文了解”CANopen“：工业总线通信技术详解—谱思机器人步进电机控制

CANopen的起源

德国Bosch公司于1983年研发CAN协议，用于汽车传动系统的网络通讯，之后称为国际标准ISO11898。CANopen 是基于CAN-bus分布式工业控制技术的标准，它是由生产厂商和用户联合CiA（CAN in Automaion）共同开发的，并于2002年成为CENELEC EN 50325-4标准。

如今，CANopen协议已广泛用于电机控制（步进/伺服电机）中，也应用于：如机器人技术（自动化机器人、传送带和其他工业机械）、医疗类（X射线发生器，注射器，病床和透析设备）、汽车行业（农业，铁路，拖车，重型，海洋等）。

CANopen的优势

• 硬件优势

1. CAN协议最大的突出特点是错误检测，限制和处理。当CAN设备检测到总线错误时，会拒绝之前接收到的位序列，然后发送“错误帧”，其完全由CAN芯片本身处理，不需要人为编程。
2. 报文短帧结构，CAN报文通常只有8个字节，数据帧非常短，在抗干扰能力上具有先天的优势。

• 软件优势

1. 关于CANopen协议的资料，网上一堆，任何人都可以下载到，我们常用的DS301，DS402，几乎人手一本，犹如葵花宝典（PS:无需自宫，至少我没有-。-），一定要来一本，有需要也可以联系小谱。
2.  CANopen协议的开发，开源项目非常多，网上有很多基于MCU的精简源码。当然想要开发完整的CANopen协议栈，是很艰辛的工作，想要做好非常难。

选择CANopen的原因

CANopen对于运动控制来说是一款优秀的通讯协议，采用了面向对象的一些设计思路，比如对象字典，过程数据对象（PDO），服务数据对象（SDO）等等。

CANopen在欧洲已成为最普通的协议，任何一家自动化公司都有CANopen的通讯接口，也成了低配。低配并不代表不好，只是说明其性价比更高。CANopen定义了完整的同步控制机制，使其成为主流的运动控制协议。

关于CANopen的九个基本概念

1. DCF

  设备配置文件（Device configuration file），是加强版的 EDS，可以设置节点 ID 及通信速度。

2. EDS

    电子数据表格，是描述一台从站设备的属性，参数的文件，是对从站设备对象字典的描述。EDS不是必须的，例如Bechkoff的主站就不需要从站提供EDS文件，但大多数的主站配置软件都需要。

3. 复位节点

    当设备遇到异常（如从站断线后重连），主控会发送“复位节点”，驱动器恢复出厂值，而且连CAN通讯参数也恢复成默认值。FD，JD伺服是除了CAN通讯参数外，其他配置参数恢复出厂值。

4. EMCY

    紧急服务用于设备发生致命错误（例如传感器故障）的情况，从而使其可以向网络的其余部分指示此错误，一般伺服断电后，其电容电量能保证其发送该条报文。

5. 心跳，节点保护

    配置心跳参数，设置心跳周期，心跳消费时间，这个消费者时间实际上是作为一个超时参数。主站收到一个心跳后，开始计时，如果在超时时间内没有收到下一个心跳，则认为从站离线，并报告错误，按照用户配置的错误处理方法处理。

网络中的每个节点都可以配置心跳，主站可以监听从站，从站可以监听主站，从站还可以监听从站。这里有一个生产者、消费者的概念，总线上的设备定义自己是心跳的生产者，还是消费者。生产者产生心跳，消费者监听心跳，然后在捕捉到异常后做出对应的处理。

  节点保护，其作用类似心跳，但可以读取从站设备的CANopen通讯状态（初始化，预操作，操作中，停止），属于DS301的范畴。

6. DS301和DS402的区别

    DS301就是一个通讯协议栈，DS402是建立在DS301的上层协议，属于伺服类的控制协议，协议中规定好每个对象字典的作用。谱思的产品PMC007CxSxPx采用工业标准CANOPEN DS301控制协议，适合各种高精度、宽范围的工业应用。

7. 对象字典

  CANopen对象字典是CANopen协议最为核心的概念。所谓的对象字典就是一个有序的对象组，每个对象采用一个16位的索引值来寻址，这个索引值通常被称为索引，其有效范围在0x1000到0x9FFF之间。为了允许访问数据结构中的单个元素，同时也定义了一个8位的索引值，这个索引值通常被称为子索引。每个CANopen设备都有一个对象字典，对象字典包含了描述这个设备和它的网络行为的所有参数。可以这么理解，从字面去解读，对象字典就是一本字典，CANopen设备知道的和可以做的行为都在这本字典里的某个位置，不管它想做什么，只要它要实施动作都要以字典为参考对象，以此确认可行性。

    例如你的上位机收到了一报文，由于可以访问对象字典的对象是SDO，首先要判断它是SDO对象，那么你的程序就需要按照SDO中指定的索引和子索引去查找对象字典（一个排好序的数据结构集），找到相应的对象后按照SDO中的指令去操作这个对象，例如把一个值赋给字典中的变量。

8. SDO

这个很简单，就是类似串口的一发一回模式，主站发送请求帧，从站回复应答帧。

大家看几个例子就明白了。

主站发送：605 2F 03 20 00 07 00 00 00

从站响应：585 60 03 20 00 00 00 00 00

主站向节点ID为5的设备发起写请求，请求的索引地址为0x2003,子地址为0x00，写入的数据为7，对应PMC007对象字典中的波特率设置参数，写入数据7表示设置波特率为800Kbit/s。从站响应60表示写入成功。

主站发送：605 23 04 60 00 80 0C 00 00

从站响应：585 80 04 60 00 22 00 00 08

主站向节点ID为5的设备发起写请求，请求的索引地址为0x6004,子地址为0x00，写入的数据为0xC80(3200)，对应PMC007对象字典中的步进命令，写入数据3200表示让电机执行3200步步进。从站响应80表示写入失败，错误码为0x08000022

9. PDO

PDO通信是基于生产者/消费者（Producer/Consumer）模型，主要用于传输实时数据。产生数据的节点将带有自己节点号的数据放到总线上，需要该数据的节点可以配置为接收该节点发送的数据。PDO的传输是由事件触发的，这样的事件可以是代表一个PDO变量的变化；可以是时间的过期或者是接收到一个特定的消息。过程数据直接在一个CAN消息中传输而不需要协议头文件。一个PDO的长度是在0到8个字节之间。

• PDO传输类型定义

0：PDO在收到SYNC后发送，但不是周期的；

1-240:PDO在收到SYNC后发送，周期发送，该值为两次发送PDO之间的间隔的SYNC个数;

255:事件触发；

• PDO配置示例

PMC007CxSxPx支持通过SDO配置PDO映射，以配置GPIO值为TPDO1为示例，发送的SDO为:

设置通信的COB-ID为187，即节点ID为7的设备接收该PDO

主站发送：605 23 00 18 01 87 01 00 00

设置为事件触发

主站发送：605 2F 00 18 02 FF 00 00 00

设置Inhibit time为5ms

主站发送：605 2B 00 18 03 32 00 00 00

设置Event time为1000ms

主站发送：605 2B 00 18 05 E8 03 00 00

设置映射条目数1

主站发送：605 2F 00 1A 00 01 00 00 00

设置映射参数，将0x6012映射到TPDO1

主站发送：605 23 00 1A 01 10 00 12 60

配置完成后PMC007会每隔1s发出PDO报文，当GPIO端口有变化时也会发出该报文

PDO映射内容：187 03 00

该报文表示GPIO1和GPIO2为高电平。

关于CANopen的简介就到这了，欢迎补充和询问

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