CANopen学习笔记（总）

CANOpen

定位：小网络，控制信号的实时通讯

​ 确保实时性采取的措施

  • ID域：11bit（CAN标准帧格式）

  • 控制报文采用数据最小字节数

  • 采用生产消费模型（数据无需应答）

  • 需要应答时，采用快速单字传输（一个报文最多传输一个32字节参数变量）

一、协议分类

  • 主从协议
    • 一对多
    • 无应答模式和应答模式
  • 客户端/服务器协议（SDO）
    • 单对单
    • 有应答
  • 生产消费协议（PDO）
    • 一对多
    • 推拉模式

二、通讯对象

2.1 PDO

我的观点：一个 CANopen 设备可以拥有最多 512 个 RPDO 和 512 个 TPDO，总共最多 1024 个 PDO。（得到GPT4o的肯定）

CiA协议栈观点：一个只有一个逻辑设备的 CANopen 设备最多有 512 个 PDO。

PDO的两种用法：

  • TPDO：生产者PDO
  • RPDO：消费者PDO
2.1.1 特点

小而快

2.1.2 传输模式

  • 同步传输：通过（SYNC对象）来获取同步信号

    ​ 同步TPDO的传输倍率：n表示经过n个同步信号后发送下一个消息。（为0时，收到触发信号后的第一个同步信号后进行发送）

  • 事件驱动传输

2.1.3 触发模式

消息的触发模式

触发方式 解释 应用场景
事件驱动 特定的事件进行驱动 超限报警
定时器驱动 固定的时间间隔进行发送 周期性更新数据
远程请求 其它节点通过发送 RTR 帧来请求该设备发送相应的 PDO 允许节点灵活的请求数据
同步触发 由一定数量的Sync和内部事件触发 协调多个设备的同步操作
2.1.4 PDO读写
  • 写协议（推模式）：生产者向0 ~ n个消费者写PDO数据（参考spi写数据）
  • 读协议（拉模式）：消费者发送RTR请求向生产者请求数据（参考spi读数据）

PDO写

参数 请求/执行 响应/确认
PDO编号 强制
数据 强制

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PDO读

参数 请求/执行 响应/确认
PDO编号 强制
数据 强制

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2.1.5 对象描述

  • 通讯参数：定义了PDO的基本特性，如COB-ID、传输类型、禁止时间和事件定时器等，它决定了PDO是以何种方式发送和接收数据。

    • COB-ID：通过COB-ID可以唯一识别一个PDO消息

      • TPDO和RPDO的COB-ID是不同的
      • COB-ID的最高位设置为1时，表示该PDO被禁用

    • 传输类型（Transmission Type）：PDO消息的传输方式

      • 同步传输
      • 异步传输

      image-20240823104525646

    • 抑制时间（Inhibit Time）：两个PDO之间的最小时间间隔（以ms为单位）

    • 事件计时器（Event Timer）：定了事件触发的周期时间，PDO在到期时发送（表示没有事件发生）

    • 同步计数器（Sync Counter）：在同步传输类型下使用，规定了在接收多少次同步信号后发送

  • 映射参数：定义了哪些对象字典条目（变量）被包含在 PDO 消息中，以及这些变量在消息中的位置。

    • 映射条目数：定义了一个PDO在对象字典中的条目数量，每个条目代表一个数据段
    • 映射对象：每个映射对象由32位组成
      • 索引（Index，16位）：对象字典中的索引
      • 子索引（Sub-Index， 8位）：对象字典项的子索引
      • 位长度（Bit Length，8位）：表示映射对象的数据位数（常为字节的整数倍）
2.1.6 PDO 传输实例

点我查看

2.2 Multiplex PDO（不懂且没看完，因资料少）

有两种MPDO的使用方法。第一是目的地址模式（DAM）PDO，第二是源地址模式（SAM）PDO

支持接收MPDO的ANope的设备为MPDO消费者，支持发送MPDO的C为MPDO生产者

发送MPDO由事件驱动，不支持定时、远程请求和同步触发模式

2.2.1 寻址模式
  • 目的地址模式（DAM）：一个DAM-MPDO可以被所有该MPDO的消费者同时接收（类似于广播），且无 应答。如果对象不存在，则生成EMCY帧。
  • 源地址模式（SAM）：
2.2.2 MPDO读写

MPDO写

参数 请求/执行 响应/确认
PDO编号 强制
地址类型 强制
Node-ID 强制
Multiplexer 强制
数据 强制

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2.3 SDO

2.3.1 特点

大而慢

2.3.2 传输模式
传输模式 概述 应答模式
快速传输 因数据小于等于4个字节，一帧足够发送完，无需分段 一帧一答
段传输 把数据分割成若干个段，每一段通过单独的帧发送 每帧每答
块传输 把多个段组合成一个子块，每一子块发送完才接受应答信号，所有子块组成块 每子块每答

快速传输模式：只需要一次数据的发送和应答就可以完成数据传输，效率高，但是传输的数据量少。

段传输：数据被分成多个段（segment）来传输，每个段最多可以包含7个字节的数据。这种模式的实现较为简单，适合中等长度的数据传输。

块传输：相比段传输模式，块传输模式能够处理更大的数据量并且提高了传输效率。数据被分为多个块（block），每个块可以包含多个段。块传输还具有校验机制，能够确保数据的完整性和可靠性。

协议详解见 Or CiA301中文手册43页

2.4 SYNC

  • 同步生产者定期广播同步对象（SYNC）。
  • SYNC提供基本的网络同步机制，遵循生产消费模型，该服务无应答。
  • 传输1个字节的计数器（可选）

2.5 TIME

  • TIME生产者定期广播时间戳对象（TIME）。
  • TIME提供了简单的网络时钟。CANopen设备通过时间戳对象来校准本地时间。
  • 传输6个字节的时间戳

2.6 EMCY

  • 当设备内部出现致命错误将触发应急（EMCY）报文
  • 由应用设备以最高优先级发送到其他设备。任何具备紧急事件监控与处理能力的从站会接收并处理紧急报文。

三、NMT

NMT主要用来管理和控制各个节点的状态，具体协议可以分为以下四类：

  1. NMT protocol
  2. Node guard protocol
  3. Heartbeat protocol
  4. Bootup protocol

3.1 NMT protocol

该协议是CANopen中网络管理的协议，控制和管理节点的状态，通过发送相关报文，可以让目标节点进入特定的工作状态。工作状态有以下几种

  • Initialization（初始化）: 节点开始时进入初始化状态。
  • Pre-operational（预操作）: 节点处于准备状态，但不参与正常的PDO（Process Data Object）通信。
  • Operational（操作）: 节点完全进入操作模式，允许PDO通信。
  • Stopped（停止）: 节点停止所有的通信。

NMT命令通常由网络管理器发送，命令包括：

命令 描述 cs值
Start Remote Node 将节点切换到Operational模式 0x01
Stop Remote Node 将节点切换到Stopped模式 0x02
Enter Pre-operational 将节点切换到Pre-operational模式 0x80
Reset Node 重置节点，重新启动节点 0x81
Reset Communication 重置节点的通信部分 0x82

其具体值为cs值（一字节）+nodeid（一字节）

Note : To command all the nodes, use nodeId = 00

Examples

  • To put the node 0x6 in operational mode : 000 01 06
  • To put all the nodes in pre-operational mode : 000 80 00

3.2 Node Guard protocol

节点监护协议（Node Guard protocol），用于主设备监控从设备的状态。由主设备定期发送（监护周期），如从节点没在规定时间内回应（节点生存周期），则主节点认为该节点出现了故障。（该报文中有翻转位）

3.3 Heartbeat protocol

心跳协议（Heartbeat protocol），是节点监护协议的简化版本，心跳协议不需要主设备定期发送消息来请求从设备回应，而是每个节点自主定时发布心跳报文，如消费者节点每在规定时间内收到心跳报文，则产生心跳事件。（该报文中没有翻转位）

3.4 Bootup protocol

Bootup协议是CANopen节点在启动时，通知主设备其状态的协议，在初始化进入预操作状态时，该节点会发送Bootup表示节点已经初始化完成，并且可以接收管理指令。

posted @ 2024-08-27 16:46  小兜兜me  阅读(134)  评论(0)  编辑  收藏  举报