適用于標準化嵌入式網(wǎng)絡，CANopen有什么不同？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）CANopen是一種架構(gòu)在控制局域網(wǎng)絡CAN上的高層通信協(xié)議，包括通信子協(xié)議及設備子協(xié)議，常在嵌入式系統(tǒng)中使用，也是工業(yè)控制常用到的一種現(xiàn)場總線。

在CAN的基礎上，CANopen定義了應用層的通信規(guī)則，因此特別適用于需要標準化設備配置和網(wǎng)絡管理的嵌入式網(wǎng)絡。

CANopen協(xié)議簡介

1994年發(fā)布的國際標準ISO 11898-2定義了CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，CANopen在此基礎上構(gòu)建了更上層的協(xié)議，隨后在工業(yè)自動化、汽車電子等領域得到了廣泛應用。

CANopen實現(xiàn)了OSI模型中的網(wǎng)絡層以上（包括網(wǎng)絡層）的協(xié)定，包括尋址方案、數(shù)個小的通訊子協(xié)定及由設備子協(xié)定所定義的應用層。因此，CANopen和CAN屬于兩種不同的通信協(xié)議，CAN是底層通信協(xié)議，CANopen則屬于CANBUS，也就是CAN總線的一種高層協(xié)議，提供了設備配置、網(wǎng)絡管理、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議等更高層次的功能。

CAN和CANopen功能層的差異感受是最直觀的，CANopen提供的高級通信功能包括網(wǎng)絡管理（NMT）、服務數(shù)據(jù)對象（SDO）傳輸、過程數(shù)據(jù)對象（PDO）傳輸?shù)?，適用于工業(yè)自動化、醫(yī)療設備、船舶等復雜系統(tǒng)中需要多設備協(xié)調(diào)的應用。

發(fā)展至今，CANopen已經(jīng)定了非常多的高級協(xié)議，最重要的是CiA DS（Device Specification）和DS301/DS302標準。其中，DS301定義了CANopen協(xié)議的基本特性，而DS302定義了CANopen設備的特定要求。

另外，CANopen也引入了一些關(guān)鍵的技術(shù)細節(jié)。比如，對象字典（Object Dictionary）是CANopen里面的關(guān)鍵組件，CANopen、設備都需要具備對象字典，用來設定設備組態(tài)及進行非即時的通訊。對象字典中每一個對象對應于一個16bit索引和8bit子索引（部分對象沒有子索引，或者認為子索引為0），其屬性包括是否可讀以及是否可寫，對象字典的長度可以是8bit、16bit和32bit。另外，對象字典不僅包含了設備的配置參數(shù)，還包含了設備的實時數(shù)據(jù)和錯誤歷史記錄等。

再比如過程數(shù)據(jù)對象（PDO），用于快速訪問對象字典，其作用和SDO類似，只是實現(xiàn)方法不同。SDO在每次發(fā)送報文時，都需要指定需要讀寫的對象字典的索引和子索引，以靈活地對任意對象字典進行訪問，同時SDO應答報文保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

另外，CANopen的技術(shù)細節(jié)還包括SDO報文需要應答、NMT網(wǎng)絡服務、SDO通信等。

CANopen解決方案

在工業(yè)自動化領域，CANopen主要用于工業(yè)機器人和自動化生產(chǎn)線的設備通信和控制。目前，CANopen的軟硬件方案可選項非常多。

首先看一下虹科HK的SYS TEC CANopen Chip F40 - CANopen芯片，是一款即插即用，高性價比的單板計算機內(nèi)含最新預先編程的CANopen固件。CANopen Chip F40提供簡單和高性價比的DIP40連接器形成接口，可接入目標外設并且能把CANopen芯片轉(zhuǎn)換成通用的通訊接口。工程師可以基于CANopen芯片F(xiàn)40實現(xiàn)CANopen從站設備，依據(jù)CANopen設備子協(xié)議401和CANopen通訊子協(xié)議301 V4.02。兩個LED指示設備狀態(tài)，依據(jù)303-3 V1.0。

再看一下西威迪的CANopen絕對值工業(yè)編碼器SAS/M58。采用了高精確的磁式感應技術(shù)，支持單圈或多圈編碼器，通過CANopen總線進行通信，最高傳輸速率可達1MHz。此外，該編碼器還支持額外增加增量信號TTL或HTL輸出，使得信號輸出更加豐富。在分辨率方面，單圈分辨率最高可達21位，多圈圈數(shù)高達14位，具有超強的抗沖擊和抗振動能力，防護等級高達IP68。同時，該編碼器還具備反短接和短路保護功能，有效降低了安裝錯誤對編碼器的影響。特別需要指出的是，SAS/M58是百分百國產(chǎn)化的。

然后看一下廣成科技CANOPEN定制網(wǎng)關(guān)GCAN-IO 系列產(chǎn)品是工業(yè)現(xiàn)場總線 IO 模塊，該模塊是標準的從站設備，其使用CANopen或Modbus協(xié)議與主站設備通信，用戶可使用CANopen或Modbus主站設備控制GCAN-IO模塊的數(shù)字/模擬量輸出狀態(tài)，還可以使用主站實時讀取該模塊的數(shù)字/模擬量輸入狀態(tài)。

當然，只有硬件還不夠，要想用好CANopen，還需要軟件的配合。在實踐中，將使用適當?shù)能浖ぞ吲渲?管理復雜的CANopen網(wǎng)絡。目前，網(wǎng)絡上有非常多的免費的CANopen軟件工具，同時虹科HK等公司也會專門提供開發(fā)工具和軟件包。

結(jié)語

CANopen在CAN的基礎上定義了更高級的功能，包括網(wǎng)絡管理（NMT）、服務數(shù)據(jù)對象（SDO）傳輸、過程數(shù)據(jù)對象（PDO）傳輸?shù)?，也引入了SDO報文需要應答、NMT網(wǎng)絡服務、SDO通信等技術(shù)細節(jié)，因而非常適用于標準化嵌入式網(wǎng)絡。