CANopen轻松入门一

显示全部楼层 · 2024-1-15 16:05:47

1、CANopen在ISO层级中的位置

从OSI的7层网络模型的角度来看同， CAN（Controller Area Network）现场总线仅定义了第 1层（物理层，见 ISO11898-2标准）、第 2层（数据链路层，见ISO11898 -1标准）；而在实际设计中，这两层完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软件（software）或固件（firmware），只要了解如何调用相关的接口和寄存器即可完成对CAN的控制的控制。如图所示。

CAN控制器结构

但 CAN没有规定应用层。也就是没有规定与实际应用相关的逻辑，比如开关量输入输出，模拟量输入输出。所以本身对于应用来说，是不完整的。

这就像铁矿石（物理层）冶炼成铁锭（数据链路层），然后针对具体应用，再加工做成汽车、轮船钢筋坦克结构建筑等。

物理层到应用层

因此，基本每个行业的CAN应用，都需要一个高层协议来定义CAN报文中的11/29位标识符、8字节数据的使用。但在CAN总线的工业自动化应用中，由于设备的互通互联的需求越来越多，所以需要一个开放的、标准化的高层协议：这个协议支持各种CAN厂商设备的互用性、互换性，能够实现在CAN网络中提供标准的、统一的系统通讯模式，提供设备功能描述方式，执行网络管理功能。其中包括：

1.应用层(Application layer)：为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议。

2.通讯描述.(Communicationprofile)：提供配置设备、通讯数据的含义，定义数据通讯方式。

3.设备描述(Device proflile)：为设备（类）增加符合规范的行为。

2、CANopen协议诞生和发展

CANopen协议是在20世纪90年代末，由总部位于德国纽伦堡的CiA组织——CAN-in-Automation，（http://www.can-cia.org）在CAL（CAN Application Layer）的基础上发展而来。

CANopen与CiA

由于CANopen协议的创始人团队也是CAN-bus的创始人团队，此协议充分发挥了CAN-bus所具备的所有优势，特别是CiA组织的主席蔡豪格（Holger Zeltwanger）先生对于CANopen协议坚持开放、免费、非盈利的原则。一经推出便在欧洲得到了广泛的认可与应用。虽然CiA组织背后没有强大的财阀支撑，但时至今日已经成为全世界最为流行的CAN应用层协议。让我们记住这位可爱的德国老人，如图

主席

经过对CANopen协议规范文本的多次修改，使得CANopen协议的稳定性、实时性、抗干扰性都得到了进一步的提高。并且CiA在CANopen基础协议——CiA 301之上，对各个行业不断推出设备子协议，使CANopen协议在各个行业得到更快的发展与推广。所谓的子协议，就是针对不同行业的应用对象，对CANopen内部的数据含义进行重新定义，或者添加新的控制逻辑。

目前CANopen协议已经在运动控制、车辆工业、轨道交通、电机驱动、工程机械、船舶海运等行业得到广泛的应用。比如轨道交通中的城市轻轨车辆（低地板车）中，CiA联合西门子、庞巴迪等轨道交通厂商，共同制定了以下轨道交通相关的CANopen子协议：

 CiA 421 series: Train vehicle control system 列车车辆控制系统

 CiA 423 series: Diesel engine control system 柴油机控制系统

 CiA 424 series: Door control system 门控制系统

 CiA 426 series: Exterior light control system 外部灯控制系统

 CiA 430 series: Auxiliary equipment control system 辅助设备控制系统

 CiA 433 series: Interior light control system 内部灯控制系统

如图所示，为CANopen在轨道列车中的地位，主干网为列车总线（WTB），每接车厢采用车辆总线（MVB）来连接与列车行驶相关，对实时性要求高的部件。而CANopen主要是连接各种非高安全性的部件。

CANopen在轨道交通的应用

图所示为CANopen设备结构。CANopen协议通常分为用户应用层、对象字典以及通信三个部分。

其中最为核心的是对象字典，描述了应用对象和CANopen报文之间的关系。

CANopen通信是本文关键部分，其定义了CANopen协议通信规则以及与CAN控制器驱动之间对应关系，熟悉这部分对全面掌握CANopen协议至关重要。

用户应用层是用户根据实际的需求编写的应用对象，这部分本入门教程将不作详细

CANopen设备结构

本文章转载自广州致远（原文作者周立功、黄敏思）

CANopen轻松入门一

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