旧文备份:简单CANOpen 协议说明
(十年前的旧文，不舍等扔)
创建日期：2005-11-17
修改日期：2005-11-17
文件名称：简单CANOpen 协议说明.doc
作者：winshton
版本：V1.0
(注：本文以24in 24out I/O模块为例说明，对在单片机下实现简单的CANopen简单功能作分析设计,文档中所有功能均已在AVR上实现)
本说明是CAN上层协议CANOpen协议的嵌入式简化，较原始CANOpen版本简单易用，且更适应嵌入式模块通讯的需要，并且兼容CANOpen协议。
下面按照协议支持的功能分别进行说明：
-
NMT网络管理服务
网络管理状态表：
终端主节点→从节点
COB-ID
0-字节
1-字节
0
命令说明符
节点ID
(16#000)
(CS)
(1)
说明：一般终端主节点是指上位机，如上位用于网络管理和监控的PC机，从节点是指被管理的各模块。
如果节点ID是0表示命令会被广播至所有从节点，从节点必须执行相应的命令。
命令说明符功能见下表：
命令说明符(CS)
意义
1(16#01)
启动节点进入可操作状态
2(16#02)
停止远程节点
128(16#80)
使节点进入预操作状态
129(16#81)
复位节点
130(16#82)
复位通讯
例：启动节点1进入可操作状态，
16#000
16#80
16#04
网络管理状态表：
状态转换
说明
(1)
通电后自动初始化
(2)
完成初始化自动进入预操作状态
(3),(6)
启动远程节点
(4),(7)
进入预操作状态
(5)(8)
停止远程节点
(9),(10),(11)
复位节点
(12),(13),(14)
复位通讯
根据节点的状态提供以下服务：
初始化
预操作
可操作
停机
PDO
√
SDO
√
√
启动引导
√
√
网络管理
√
√
√
错误控制
√
√
-
过程数据对象(PDO)服务
过程数据对象用于在节点之间传送过程数据，如I/O模块I/O状态读取和设定，模拟量采集和模拟量输出等等，本协议考虑从机硬件限制最多支持4组PDO,每组包含一个RPDO和一个TPDO，现已I/O模块为例进行说明：
设I/O模块有24输入，24输出，24输入通过TPDO传给监控终端或其他节点，24输出通过RPDO由控制节点对其进行设定，采用发送和接收PDO1组，即标识符TPDO：0x180+NODE_ID,RPDO：0x200+NODE_ID，用3个字节就可以表示24个I/O量，因此发送和接收PDO可以表示如下(假设NODE_ID=1)：
- I/O节点→监控终端(TPDO)
COB-ID
0字节
1字节
2字节
385(0x181)
Data:输入I/O状态量
Input_Digital_1
Input_Digital_2
Input_Digital_3
- I/O节点←监控终端(RPDO)
COB-ID
0字节
1字节
2字节
513(0x201)
Data:输出I/O状态量
Output_Digital_1
Output_Digital_2
Output_Digital_3
如果是8通道的模拟量采集模块则需要两个TPDO来传送采集的数据，不需要RPDO，因为每个通道产生一个16位数据，一共是16字节，每个TPDO只能够传送8字节。两个TPDO标识符分别为：0x180+NODE_ID,0x280+NODE_ID。
每帧数据格式如下表(设NODE_ID=2)：
TPDO1
COB-ID
0-1字节
2-3字节
4-5字节
6-7字节
385(0x182)
Data:输入模拟量
Output_Anolog_1
Output_Anolog_2
Output_Anolog_3
Output_Anolog_4
TPDO2
COB-ID
0-1字节
2-3字节
4-5字节
6-7字节
385(0x182)
Data:输入模拟量
Output_Anolog_5
Output_Anolog_6
Output_Anolog_7
Output_Anolog_8
-
服务数据对象(SDO)服务
服务数据对象用于读写节点的对象字典，现 只实现SDO下载和上传的全速模式，不支持正常模式也不支持块下载和上传，因为数据量不大，实现的功能足够用，SDO全速下载和上传采用应答式服务，由监控终端向节点发送服务请求，由节点返回应答。
现假设某节点NODE_ID=3,协议报文如下：
读节点OD
假设，读SDO index = 0x1018 subindex = 0x00，返回的是1字节data=0x04
监控终端→节点(终端请求)
COB-ID
0字节
1字节
2字节
3字节
4字节
5字节
6字节
7字节
1539(0x603)
命令
index
subindex
Reserved(保留)
0x40
0x18
0x10
0x00
0x00
0x00
0x00
0x00
监控终端←节点(节点应答)
COB-ID
0字节
1字节
2字节
3字节
4字节
5字节
6字节
7字节
1411(0x583)
命令
index
subindex
数据
凑够8个字节
0x4F
0x18
0x10
0x00
0x04
0x00
0x00
0x00
写节点OD
假设，写SDO index=0x1017,subindex=0x00,写数据为0x07D0
监控终端→节点(终端请求)
COB-ID
0字节
1字节
2字节
3字节
4字节
5字节
6字节
7字节
1539(0x603)
命令
index
subindex
要写入的数据
凑8个字节
0x2B
0x17
0x10
0x00
0xD0
0x07
0x00
0x00
监控终端←节点(节点应答)
COB-ID
0字节
1字节
2字节
3字节
4字节
5字节
6字节
7字节
1411(0x583)
命令
index
subindex
凑够8个字节
0x60
0x18
0x10
0x00
0x00
0x00
0x00
0x00
如果监控终端发送的请求，节点处理出错，将返回SDO中止报文，报文如下：
COB-ID
0字节
1字节
2字节
3字节
4字节
5字节
6字节
7字节
1411(0x583)
命令
index
subindex
错误代码
0x80
0x18
0x10
0x00
0-7位
8-15位
16-23位
24-31位
节点返回的错误代码如下：
SDO_ABORT_UNSUPPORTED 0x06010000UL 不支持该功能
SDO_ABORT_NOT_EXISTS 0x06020000UL 不存在的索引
SDO_ABORT_READONLY 0x06010002UL 只读，不可写
SDO_ABORT_TYPEMISMATCH 0x06070010UL 类型不匹配
SDO_ABORT_UNKNOWN_COMMAND 0x05040001UL 未知命令
SDO_ABORT_UNKNOWNSUB 0x06090011UL 未知子索引
注:命令字节含义请参考CANOpen协议文件DS301。
-
错误控制——心跳(或者叫脉动)协议(heatbeat)
错误控制用于了解总线上各节点的状态，本文只实现心跳协议，由各节点向监控终端定期发送心跳报文，报告本节点的状态，报文如下：
设节点NODE_ID=2
节点→监控终端
COB-ID
0字节
1794(0x702)
节点状态
0x00
返回状态如下：
状态代码
状态含义
0x00
BOOTUP启动状态
0x04
STOPPED停止
0x05
OPERATIONAL可操作
0x7F
PRE-OPERATIONAL预操作
节点在启动之后发出BOOTUP心跳，然后按固定频率发出脉动消息帧，监控终端接收该报文用以检测该节点状态。
参考文献：
- CiA Draft Standard 401 <Device Profile for Generic I/O Modules> CAN in Automation
- CiA Draft Standard 301 <Application Layer and Communication Profile> CAN in Automation
- 周立功 <CANopen 协议介绍>
- 史久根 等《CAN 现场总线系统设计技术》
- www.microcanopen.com 《MicroCANopen Atmel 89C51CC01 Application Examples》
