CANopen个人之所见，所想

一直想写一篇关于CANopen的文章，鉴于个人知识能力没有动笔，今天做了一番思想斗争，斗胆发表一下自己对CANOPEN的肤浅认识。

计划从销售人员，技术人员角度都分析一下CANopen的优势，文章可能没有什么章法，只是想到哪里说哪里，欢迎拍砖。

背景：CANopen四问

1. CANopen的起源，CANopen从何而来？

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，目前CANopen由非营利组织CiA（CAN in Automaion）进行标准的起草及审核工作，基本的 CANopen 设备及通讯子协定定义在 CAN in Automation (CiA) draft standard 301. 中。针对个别设备的子协定以 CiA 301 为基础再进行扩充，如针对 I/O 模组的 CiA401 及针对运动控制的 CiA402。

2. CANopen硬件的优势？

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。

支持多主站，类似Profibus DP，总线上每个设备都是主站，也是从站，免除了人为仲裁的过程，方便用户开发。

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。解释一下，为什末短帧结构抗干扰好？如果通讯报文长，发送一帧耗时也就长，加入遇到干扰，辛辛苦苦好不容发送了一条报文，结果因为干扰对方还没有收到，只能嚎啕大哭。

成本低廉，CAN外设基本在现在主流芯片上都可以找到，20几块钱的MCU都支持CAN外设，有的还支持两个CAN。这里有CiA的积极推广作用。

3. CANopen软件优势？

CANopen主要有CiA在推广，是非盈利组织，CANopen协议资料，网上一堆，任何人都可以下载到，我们常用的DS301（Draft Standand），DS402，CAN粉丝几乎人手一本，犹如葵花宝典，一定要珍藏一本。

CANopen协议开发，开源项目非常多，CanFestival就是其中一个，我做过移植，在步科MT4414TE-CAN触摸屏，用在8位单片机上，此源码有点耗费资源，网上有很多基于MCU的精简源码。

开发完整的CANopen协议栈，是很艰辛的工作，想要做好非常难。难点就在于你对CANopen协议的理解上，比如EMCY，复位节点，是否需要“NO Initialization”，heartbeat，Node guard是否需要？如何处理？这条不能算是其优点。

4. 为什么如此多公司在推广CANopen？

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，除了在CAN总线上运行外，还被搬到了以太网上（CANopen over Ethernet），形成了著名的PowerLink，EtherCat工业以太网协议。

在这里多废话几句，所谓的运动控制总线标准，没有多大意义，因为运动控制技术都掌握在各个厂商手里，每一个稍微大一点的厂商，都有自己的专用运动控制协议，如三菱的SSCNET，安川的MECHATROLINK，倍福的CANOPEN以及EtherCat，施耐德的CANopen，西门子的SiMotion，贝加莱的PowerLink，博世力士乐的SERCOS。

由于CANopen（可以看DS402，伺服控制标准）在运动控制的优势，尤其是同步控制，不管几流的厂商，在运动控制系统中，多多少少都加入了自己的东西，导致运动控制系统通常是封闭的，很少走互联路线，事实上要做到互联也非常困难。

二三流厂家，开发自己的CANopen协议，根据自己的需求，将其移至到不同的物理层上去运行，形成自己的运动控制系统，其性能优劣就在于其对CANopen协议的理解程度了。

基础：CANopen世界里的九个晦涩概念

1. DCF

是CAN网络的配置（Config）的数据存档文件。其作用不大，在Codesys软件里就有此选项。

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。比如一台伺服驱动器，如果其内部参数（每个参数对应对象字典中的一个位置，由index，sub-index决定）没有更改，其对应的EDS文件就不会更改。多说一句，不是所有的主控制器都需要使用EDS，比如Beckhoff就不需要，他需要你对CANopen DS301，DS402足够熟悉，人工对齐配置；步科FD，JD伺服按照DS402标准制定EDS文件，用户可直接配置，降低开发周期。

3. 复位节点

当设备遇到异常（如从站断线后重连，使用M258测试步科FD伺服），主控会发送“复位节点”，步科的ED伺服复位节点，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

紧急报文，从站如伺服，在断电后会发送一条紧急报文，告诉主控其状态，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。

个人认为心跳作用不大，假设某个设备断线，重连后复位节点，而此设备刚好是使用了原点功能的伺服呢？断电上电后，原点位置改变。所以在一些客户应用中，出现此情况，小伙子，你麻利的，赶快断电重启吧。

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值得作用，比如0x6040，是控制字。DS402把一个伺服应该具有的功能都定义好了，开发厂家按照协议定义即可。

7. 对象字典

从软件的角度来说，对象字典本质就是一些数据结构的集合。可以这么理解，把对象字典看做是一本书，CANopen设备的行为准则是要参考这本书的，不管它做什么，只要它的行为要参考对象字典，就必须先查阅字典，再决定要不要做。比如它什么时候发送TPDO，这个行为是需要查询对象字典中对应于TPDO的传输类型以及Event timer。还有就是像PDO映射的原理，比如我要发送的数据，都是去查询这本书，看下它那里写的什么内容，然后我在把这部分内容以PDO的形式发送出去。

例如你的程序收到了一笔CAN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。

To write the 1 byte data : 0xFD in the object dictionary of node 5, at index 0x1400, subindex 2, sends :

605 2F 00 14 02 FD 00 00 00

If success, the node 5 responds :

585 60 00 14 02 00 00 00 00

To write the 4 bytes data : 0x60120208 in the object dictionary of node 5, at index 0x1603, subindex 1, sends :

605 23 03 16 01 08 02 12 60

If success, the node 5 responds :

585 60 03 16 01 00 00 00 00

9. PDO

分为TX-PDO，RX-PDO。

上图，这就是PDO的配置过程，0x1402（接收PDO通讯参数），PDO使用的cob-id，传输类型，Inhibit time，EventTimer。

0x1602（映射对象），上例中映射为Controlword，Target position。

这里着重讲一下Transmission Type，上述是codesys中支持的集中方式：

acyclic sync（数值为0）：同步PDO，同步方式由具体设备协议定义

Cyclic sync（数值为1-240）：同步PDO，每个N个SYNC周期后，发送PDO

Sync rtr（数值253）：同步PDO，收到远程帧请求后发送PDO

Async（数值253）：异步PDO，收到远程帧后发送PDO

最后两个Async（254,255），都是设备厂家定义的，也是大家最常用的，当事件发生时发送。各个厂家在这里基本都是使用数据变化时发送方式，FD，JD伺服两种方法是一样的，都是数据变化发送。要注意设置“禁止时间”，降低CANOPEN通讯带宽。

具体案例

主控制器写target position，mode of operation给伺服，此PDO的cob-id为0x200 node id。传输方式为255或者254，禁止时间为100，也就是10ms。